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曲率引擎的原理?

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鉴于楼主刚刚被《卫报》和NASA忽悠过,我现在是不信任何采访了所以楼主打算自己写
参考资料:
“关于先进推进物理学的研究”:https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20110023492/downloads/20110023492.pdf
"曲速物理“:https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20140000851/downloads/20140000851.pdf
"Harold G White的曲速物理基础“:https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20110015936/downloads/20110015936.pdf
(你别说,怀特同志的人品虽然有很大问题,物理水平还是有点的。从他的曲速论文里就可以看出来)
常规的航天器,例如三体第一舰队,通过排气来进行加速。如果要通过这种推进方式在较短时间内接近光速,其加速度对于人类乘客来说,根本无法承受。原文中为了缓解加速带来的影响,甚至需要用“深海加速液”保护船员,否则船员只能压成红宝石。
通过排气工作,排汽速度低于0.14c的航天器通常遵循火箭方程:

对于排气速度或速度会产生相对论效应的航天器则遵循阿克莱方程:

在方程中,Δv(或v)代表总共速度增量。打个比方,这枚火箭可以把我的速度从0加速到10km/s,那么就说这枚火箭的Δv是10km/s。
稍微有数学基础便可看出,燃料和Δv的增加关系是指数级别的,并最终会产生极低的效益。
就算仅仅是为了满足对星辰大海的向往,我们也急需一款能打破光速限制的引擎。于是,这种能通过对空间进行弯折和扭曲操作而实现亚光速或超光速飞行的曲速引擎,便成了科幻作品中的基础设定之一。
当然,科幻与玄幻之间最大的区别,就是前者有一定的科学基础,曲率引擎也是如此。
事实上,超光速的事物就在你我身边。大爆炸之初,宇宙的膨胀速度可能至少超过了光速的10^7倍。(粗略估算)
爱因斯坦说过有质量的东西不能超光速,没说空间不能。在墨西哥物理学家米给尔·阿库别瑞发布的论文中,他使飞船前的空间收缩,后面的空间膨胀,从而像波浪一样推动飞行器前进。理论上来说,空间的移动不受光速限制。
几十年来物理学家一直在研究这种看上去像是无稽之谈的技术,它对“负能量”的需求一度让它看上去不太可能实现。对于超光速曲速引擎的问题,我之前曾经发过,这里就不再多说了。
直到最近,一篇发表在《经典和量子引力》上的论文改变了这一局面:他们提出,可以在牺牲“超光速”这一特性后,换来完全不产生负能量密度的的曲速引擎。

(第二篇pdf,里面引用的是米给尔·阿库别瑞在1994年发布的论文《曲速引擎:广义相对论内的超光速航行》(The warp drive: hyper-fast travel within general relativity)中提到的公式度量。)
(事实上,曲速引擎的本质是广义相对论对空间扭曲的一种解,所以应该用“度量”形容。)
两个平行板之间产生的卡西米尔效应(Casimir effect)可以满足阿库别瑞引擎的负能量需求。这种效应是在真空中,两块相距很近的板之间会因为零点真空能的涨落产生一定的引力,这个过程中的真空能涨落,的确可能导致负能量密度的出现。(我还因为这个被怀特大忽悠骗过)
但要满足阿库别瑞度量的要求,还必须将曲速泡的尺度控制在普朗克尺度的量级上。普朗克尺度是极小的尺度,在这个大小上,物理规律甚至可能会出现变化。
此外,根据曲率引擎所需的能量密度公式,与曲速泡尺度相关的Rs项处于分子上,旁边的导数也直接受到曲速泡尺度的影响,在曲速泡变小时急剧增大。最终这个曲速泡要求的能量足以和整个宇宙所含能量比肩——更何况,还是负能量。
尽管Van Den Broeck等人在进行修改后,它还是需要好几个太阳质量的负能量。超光速遥遥无期……
但是!
在近日Alexey Bobrick发表的论文中,他们介绍了一种新的曲速引擎度量。在这个模型中中会像以前一样遇到负能量的问题,但没有之前那样严重,而此时很巨大的引力场就能避免这样的问题。根据他们的说法,仅需要将相当于一颗行星的质量可控地压缩到米级,就能有效利用其引力效应,避免对负能量密度的需求。
这一切当然都是有代价的,他们构建的轴对称曲速度量只有在亚光速(小于1c)限制下才能避免负能量密度的限制。本质上,新的曲速引擎仅仅是给以前的阿库别瑞度量打了一个引力的补丁,同时还不能超光速。不过也正是因为完全亚光速,超光速从理论上带给我们的种种麻烦也都一并消除了。
当然,目前人类还没有任何实现这种技术的可能,但至少,这个模型中对引力场的需求还不算过分离谱。将行星级质量压缩到飞船大小米级,这样的密度其实在宇宙中也算不上离谱——黑洞,中子星比比皆是。
轴对称曲速引擎即使不能超光速,其无需燃料和加速度几乎瞬时的能力也远超了所有的现有引擎。说不定哪天,我们能够从真空中找到负能量,从而实现真正的超光速航行。
那还是很远之后的事了……


IP属地:北京1楼2023-11-21 23:30回复
    dd


    IP属地:北京来自Android客户端5楼2023-11-25 13:34
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