在不違背相對論的前提下,科學家找到超越光速的方式!

travel faster than light

前往其他星系是人類的夢想,然而就算是距離地球最近的南門二(4.37 光年),搭現有的火箭去也要 5 到 7 萬年的時間。根據愛因斯坦的狹義相對論,沒有物體能夠達到光速,就算人類有有法打造「超快火箭」,4.37 年也是極限。

然而根據德國 Göttingen 大學物理學家 Erik Lentz 的最新研究,在不違背人類已知物理定律的情況下,其實是有辦法用「超光速」旅行的。研究團隊將論文發表在《Classical and Quantum Gravity》期刊。

研究論文 傳送門

透過時空扭曲,有望實現超光速旅行

理論上,科學家認為曲速引擎(warp drives)有機會讓太空船超光速移動。根據廣義相對論,時空未必是平坦的。就像是一張紙,如果沿平面從一端走到另一端,會需要一段時間,但如果將紙對折,就能在瞬間移到另一端。

從理論上來看,若能將時空扭曲,有望在不違背人類已知物理學的狀態下,實現超光速旅行。1994 年,物理學家 Miguel Alcubierre 提出名為 Alcubierre 的曲速引擎。Alcubierre 的原理是,利用引擎壓縮前方的時空,並讓後方的時空擴張來扭曲時空,讓太空船更快達到目的地。移動的過程中,太空船被保護在曲速泡(warp bubble)裡面。曲速泡內的時空是平坦的,時間流逝與外部的時間相同。透過曲速引擎,人類有望實現超光速旅行。

問題是,該引擎涉及未解的奇異物理學(exotic physics),需要大量負能量(negative energy)密度的假想粒子。負能量能出現在量子尺度,但要產生足夠負能量的難度極高。

使用巨大引力來扭曲時空,比創造負能量更可行

Lentz 則提出新的理論,認為能夠用巨大引力來扭曲時空,就能用正能量製造曲速泡,解決負能量的問題。然而,這需要把行星等級的質量壓縮到引擎尺寸。根據 Lentz 的計算,如果要打造半徑 100 公尺的太空船,就需要木星質量兩倍的引擎。

要打造出這種引擎,需要比核反應爐多上 30 個數量級的能量,因此目前的技術做不出來。若要實現,就必須把能量降到 1 個核反應爐的等級。另外,這種引擎需要一種叫 soliton 的波,它的速度可以超越光速,而且移動時能保持形狀與能量。雖然科學家還需要找到方法建立 soliton,但 Lentz 認為,相較於負能量,這種方式更可能實現超光速旅行。

在科學界中,物質移動速度不能超越光速是人所皆知的常識,但它也限制了人們的想像。然而,有些破框思考的物理學家正積極研究,期望找出超光速的理論與實踐方式。若實現,人類的星際旅行夢將化為現實。

參考資料

Classical and Quantum Gravity》、《Science Alert》、《Voice of America

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pixabay CC Licensed

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