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比光速更快的旅行是人类在合理时间内到达其他恒星的唯一途径 。
离地球最近的恒星是半人马座比邻星 。 它距离地球约4.25光年 ， 约25万亿英里（40万亿公里） 。 目前正在太空中的帕克太阳探测器是有史以来速度最快的航天器 ， 其最高速度将达到450000英里/小时 。 以这样的速度从洛杉矶到纽约市只需20秒 ， 但太阳探测器需要6633年才能到达地球最近的邻近太阳系 。
如果人类想要在恒星之间轻松旅行 ， 人们需要比光速更快 。 但到目前为止 ， 只有在科幻小说中才有可能实现比光速更快的旅行 。
一些角色——比如电影《星际穿越》和《雷神》中的宇航员——利用虫洞在几秒钟内穿梭于太阳系之间 。 《星际迷航》粉丝熟悉的另一种方法是曲速驱动技术 。 如果技术还很落后 ， 理论上翘曲驱动是可能的 。 最近的两篇论文在三月份成为头条新闻 ， 研究人员声称已经克服了曲速驱动理论和现实之间的诸多挑战之一 。
但这些理论上的曲速驱动到底是如何工作的呢？人类会很快跳到曲速吗？
该二维表示显示了中心的平坦、未弯曲的时空气泡 ， 其中扭曲驱动器将被压缩的时空向右（向下曲线）和扩展的时空向左（向上曲线）包围 。
物理学家目前对时空的理解来自阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论 。 广义相对论指出 ， 空间和时间是融合的 ， 没有什么东西能比光速更快 。 广义相对论还描述了质量和能量是如何扭曲时空的——像恒星和黑洞这样的巨大物体是如何扭曲其周围的时空的 。 这种曲率就是你感觉到的重力 ， 也是为什么许多太空英雄担心“陷入”或“掉进”重力井中 。 早期科幻小说作家约翰·坎贝尔和阿西莫夫将这种扭曲视为绕过速度限制的一种方式 。
如果一艘星际飞船可以压缩它前面的空间 ， 同时扩展它后面的时空呢？《星际迷航》采纳了这个想法 ， 并将其命名为曲速驱动器 。
1994年 ， 墨西哥理论物理学家米格尔·阿尔库比尔证明 ， 在广义相对论的范围内 ， 在宇宙飞船前面压缩时空 ， 而在后面扩展时空在数学上是可能的 。 那是什么意思？假设两点之间的距离为10米（33英尺） 。 如果你站在A点 ， 每秒可以移动一米 ， 那么到达B点需要10秒 。 但是 ， 假设你可以压缩你和B点之间的空间 ， 这样间隔现在只有一米 。 然后 ， 以每秒一米的最大速度穿越时空 ， 你将能够在大约一秒钟内到达B点 。 理论上 ， 这种方法与相对论并不矛盾 ， 因为在你周围的空间里 ， 你的运动速度并不比光快 。 阿尔库比尔表示 ， 《星际迷航》中的曲速驱动实际上在理论上是可行的 。
半人马座比邻星来了 ， 对吧？不幸的是 ， 阿尔库比尔压缩时空的方法有一个问题：它需要负能量或负质量 。
该二维表示显示了正质量曲线时空（左侧 ， 蓝色地球）和负质量曲线时空在相反方向（右侧 ， 红色地球） 。
负能量问题
阿尔库比尔的曲速驱动将通过在宇宙飞船周围创建一个平坦的时空气泡来工作 ， 并围绕该气泡弯曲时空以缩短距离 。 曲速驱动需要负质量（理论上的物质类型）或负能量密度的环才能工作 。 物理学家从未观察到负质量 ， 因此 ， 负能量是唯一的选择 。
为了产生负能量 ， 扭曲驱动将使用大量的质量来产生粒子和反粒子之间的不平衡 。 例如 ， 如果一个电子和一个反电子出现在曲速驱动附近 ， 其中一个粒子将被质量捕获 ， 这将导致不平衡 。 这种不平衡导致负能量密度 。 阿尔库比尔的曲速驱动器将利用这一负能量产生时空气泡 。
但要让曲速驱动产生足够的负能量 ， 你需要很多物质 。 阿尔库比尔估计 ， 100米气泡的曲速驱动器需要整个可见宇宙的质量 。
1999年 ， 物理学家克里斯·范登·布罗克表明 ， 扩大气泡内部的体积 ， 但保持表面积不变 ， 将显著降低能量需求 ， 使其与太阳质量相当 。 这是一个显著的进步 ， 但仍远远超出所有实际可能性 。
科幻的未来？
最近的两篇论文提供了似乎让曲速驱动更接近现实的解决方案 。
科学家意识到 ， 通过以某种方式修改气泡内的时空 ， 他们可以消除使用负能量的需要 。 然而 ， 这种解决方案不会产生比光速更快的扭曲驱动 。
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