科学家认为，曲速引擎可能产生引力波

未来的人类会使用曲速引擎探索宇宙吗？我们无法排除这种可能性。

曲速引擎起源于有史以来最受欢迎的科幻小说系列之一，但它们确实有科学依据。一篇新的论文研究了它们背后的科学，并讨论了曲速引擎的容器故障是否会发射可探测的引力波。

这篇论文的标题是“以前没人见过的东西：曲速引擎坍缩的引力波”。作者是凯蒂·克拉夫、蒂姆·迪特里希和塞巴斯蒂安·汗，他们是来自英国和德国机构的物理学家。

广义相对论中有曲速驱动的空间，墨西哥物理学家米格尔·阿尔库别雷（Miguel Alcubierre）在1994年描述了它们在理论上是如何工作的。他在太空和物理学界因“阿尔库别雷曲速引擎”而闻名。

每个人都知道没有物体的速度能超过光速。但曲速引擎可能提供了一个解决方案。通过扭曲时空本身，拥有曲速引擎的宇宙飞船不会打破超光速（FTL）规则。

作者写道：“尽管曲速驱动起源于科幻小说，但在广义相对论中有一个具体的描述，阿尔库别雷首先提出了一个支持超光速旅行的时空度量。”

制造曲速引擎有明显的科学障碍。但我们有可能模拟出它们是如何工作的，以及在发生故障时如何通过引力波探测到它们。曲速驱动器会扭曲时空本身，就像黑洞和中子星等致密物体的双子星合并一样。从理论上讲，它们发射的引力波信号可能与合并的信号相同。作者解释说：“为了寻找这样的信号并在测量数据中正确识别它们，了解它们的现象学和性质是很重要的。”

首先要了解曲速引擎是如何工作的，为此，我们必须深入研究物理学。

“曲速驱动背后的基本思想是，与其在局部参考系中直接超过光速，会违反洛伦兹不变性，一个‘曲速泡’可以通过收缩它前面的时空和膨胀它后面的时空来穿越比光速更快的距离（由一些遥远的观察者测量），”论文指出。

第一个障碍是曲速引擎需要零能量条件（NEC）。物理学指出，一个空间区域不可能有负能量密度。有一些理论上的解决方法，但目前，没有一个是实用的。

作者解释说：“曲速驱动度量的其他问题包括可能出现封闭的类时曲线，从更实际的角度来看，飞船上的人员在控制和消除气泡方面存在困难。”这是因为船员将没有办法向船的前部发送信号。正如本文所解释的那样，气泡内的事件很难影响曲速气泡外的事件。

“从动态模拟曲速引擎的角度来看，关键的挑战是稳定性，”作者解释说。方程表明，阿尔库别雷曲速引擎可以使用爱因斯坦方程启动曲速气泡，但没有已知的方程可以维持它。“（据我们所知）没有已知的状态方程可以使曲速引擎随时间保持稳定的状态。因此，虽然最初可以要求曲速气泡是恒定的，但它将很快从该状态演变而来，并且在大多数情况下，曲速流体和时空变形将分散或坍缩到一个中心点。”

虽然不稳定性是曲速引擎的主要障碍，但它也可能使它们被探测到。如果阿尔库别雷曲速引擎达到恒定速度，它是无法检测到的。它不产生引力波，也没有ADM质量。ADM代表Arnowitt-Deser-Misner，以三位物理学家的名字命名。

但是，只有当曲速驱动是恒定和稳定的时，它才是不可检测的。一旦它分解、加速或减速，就可以被检测到。在他们的研究中，作者允许曲速引擎的气泡破裂。他们写道：“从物理上讲，这可能与后曲速文明（大概）用来支持曲速气泡防止崩溃的收容场的破裂有关。”

在他们的构想中，船本身的性质并不重要。只有曲速气泡和内部的曲速流体才是重要的。

研究人员模拟了曲速气泡破裂的过程。他们发现，坍缩产生的引力波的特征与合并产生的引力波不同。他们写道：“信号以爆发的形式出现，最初没有引力波内容，随后是一个特征频率为1/[R]阶的振荡周期。总的来说，这个信号与引力波探测器观察到的典型的紧密双星合并非常不同，更类似于不稳定中子星的坍缩或两个黑洞的正面碰撞。”

作者指出，虽然曲速引擎产生了GW信号，但它超出了我们目前地面探测器的频率范围。他们写道：“高频探测器的建议已经提出，因此在未来，人们可能能够为这种信号的存在设定界限。”

飞船本身也可以发送某种类型的多信使信号，但很难知道飞船的物质如何与常规物质相互作用。研究人员解释说：“由于我们不知道用于建造曲速飞船的物质类型，我们也不知道它在宇宙中传播时是否会与正常物质相互作用（除了引力）。”

这是一个有趣的思想实验。在遥远的未来，有可能存在某种超光速旅行的解决方案。如果确实如此，它可能与更好地理解暗物质和暗能量有关。如果有外星生命存在，他们可能会利用我们尚未掌握的宇宙基本知识。

如果他们已经弄清楚了如何建造和使用曲速引擎，即使它看起来是不可能的，他们的活动也可能会产生引力波，我们未来的天文台甚至可以在其他星系中探测到。但到目前为止，这些都是理论上的。

作者在结论中写道：“我们警告说，所获得的波形可能高度特定于所采用的模型，这有几个已知的理论问题，正如引言中所讨论的那样。需要进一步的工作来了解这些签名的普遍性，并正确地描述它们的可探测性。”

毫无疑问，一些好奇的物理学家将继续研究这个问题。

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