人類生於地球之上,卻並不甘於蝸居在此,成為一個星際物種,去探索遙遠的星辰大海是全人類的夢想,然而要飛越星辰大海,一個最關鍵的問題就是速度。
雖然現階段人類已經可以離開地球去探索太陽系內的其它星球,但這基本已經是現有航天技術的天花板,因為我們將航天器送入太空依靠的仍然是化學動力火箭。化學動力火箭的點火升空過程看似極其壯觀,但實際上卻效率極低,以土星五號運載火箭為例,其起飛重量超過了3000噸,但在近地軌道的有效載荷僅為118噸。這是因為化學燃料轉化為動力的效率極低,為了能夠讓火箭在短時間內達到第一宇宙速度,必須要攜帶大量的燃料,而大量的燃料會致使火箭總重增加,於是要推動火箭達到第一宇宙速度就需要更大的推力,這就是化學動力火箭的尷尬之處,所以依靠化學動力實現遠距離的星際航行是絕無可能的。
化學動力不行,未來的星際航行要依靠什麼來驅動呢?在茫茫宇宙之中,星體之間的距離是以光年來計算的,所以要飛越星辰大海,就必須要以光速飛行作為終極目標,然而具有靜止質量的物體又是無法達到光速的。
要讓一個擁有靜止質量的物體運動起來,就必須要為其輸入能量,需要輸入的能量與物體的質量是成正比關係的。而隨著物體運動速度的增加,會產生一個慣性質量,慣性質量與引力質量是等效的。物體的運動速度越快,其慣性質量就越大,繼續加速所需要輸入的能量也就越大,根據質能方程可知,當物體的運動速度達到光速,其慣性質量就會增至無窮大,而要讓質量無窮大的物體加速到光速,就必須為其輸入無窮大的能量。
宇宙是有限的,宇宙中的能量也是有限的,所以在宇宙中沒有無窮大的能量,自然也就不可能將物體加速到光速。
如此看來,不僅化學動力不行,似乎任何驅動方式都無法幫助我們飛越星辰大海,難不成我們只能被困在太陽系之中嗎?也不盡然。
常規的方法的確無法讓物體達到光速,但曲率驅動除外。曲率驅動引擎不僅可以讓飛船以光速飛行,甚至可以超越光速,而且可以超越數倍光速,且又不與光速最快原理相悖,那麼到底什麼是曲率驅動呢?最早在現實生活中提出曲率驅動概念的是墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利。在我們的常識中,引擎這個詞就代表著“發動機”,但曲率驅動引擎卻和發動機沒有一點關係。
曲率驅動引擎實際上是一種能夠改變空間結構的機器。
試想一下,當一個物體前方的空間曲率極大,呈現“凹”狀彎曲,而物體後方的空間呈現極大的“凸”狀彎曲,那麼這個物體很自然地便會以極高的速度向前方移動。再者,空間與時間是不可分割的一個整體,二者並稱時空,空間的高度彎曲就是時間的高度彎曲,所以物體的時間流逝速度會變得極慢,相對於彎曲時空外的區域而言,這個物體就可以達到甚至超越光速。
這只是單純的想象嗎?當然不,在現實世界中存在著大量類似的情況。廣義相對論認為引力的本質就是時空的彎曲,物體的質量越大,引力就越大,周圍時空彎曲的程度也就越大,所以位於地球引力範圍之內的物體就會快速向地球移動,這就是空間彎曲的現實呈現。
離地球越近,時空曲率就越大,所以地球表面和近地軌道的時間流逝速度就有了明顯區別,所以在地球軌道執行的導航衛星就必須要實時進行時間校準,否則導航位置就會出現每24小時14米的誤差,這就是時間彎曲的現實呈現。
曲率驅動引擎的原理就是如此,透過改變飛船前後的時空結構,來使飛船高速向前移動,由於飛船的超光速移動是透過時空彎曲實現的,所以這與光速最快原理並不相悖。那麼真的有能夠改變時空結構的機器嗎?雖然我們現在還做不到,但在理論上是可行的,而難點還是在於能量。以現階段人類對於空間結構的認知,要想改變一個物體前後的空間曲率,所需要的能量是極其龐大的,如果換算成太陽,可能成百上千個太陽都不夠,所以曲率驅動引擎最終是否能夠成真,現在還言之過早。