曲率引擎是以接近光速或超光速航行的一種方式，和“蟲洞”等時空穿越的方法不同，曲率引擎通過改變時空的曲率而得到接近光速，甚至能夠超越光速，這是真正的以高速連續穿過時空。

▲銀河便車指南系列中的無限不可能引擎是另一種超光速的形式

最早提出類似設想的是德國人布克哈德*海姆，他曾嘗試建立一種宇宙萬有理論，以調和相對論和量子力學的矛盾。

他的主要方法也很簡單：增加維度。

他曾希望用一個六維時空的框架，而從基本物理常數直接推匯出粒子品質，據說結果很符合，但卻很少被科學界接受。

後來，有些人用海姆理論推匯出暗物質和超光速航行，引起了很多科幻愛好者的關注，而且他們走的比科學更快更遠，其中最有名的就是科幻片《星際迷航》系列。

劇中描述了一個未來的平行宇宙，時間跨度大約從21世紀中期延伸至24世紀末。在這個平行時間線上，人類於21世紀中期爆發了一場幾乎毀滅全球的第三次世界大戰。

戰爭結束後十幾年，人類進行了第一次突破光速障礙的試驗飛行——曲率推進（Warp drive），這意味著人類進入了曲速時代。

人類通過曲率推進認識了外星種族瓦肯人，此後的五十年裡，人類結束了自身的貧窮、疾病和戰爭，共同建立了星際聯邦，進一步探索宇宙。

原來，曲率推進給我們帶來了一個如此樂觀的未來。

《星際迷航》總共出了6部電視劇、1部動畫片和13部電影，在後續的影片中，其中的曲率推進也被演繹的眼花繚亂。

超光速已經夠神奇的了，竟然還有9級，甚至9.9999級超光速，遠超光速20萬倍。

在《星際旅行：下一代》第七季電視劇“Force of Nature”中，發現了曲速航行對時空有不利影響，頻繁使用曲速航行會造成空間裂縫。

這一點也被劉慈欣的《三體3——死神永生》借鑑，書中被稱為“航跡”和“死線”。

至於曲率引擎的工作原理，劇中如此描述：“正物質和反物質的反應產生的等離子體會使曲速機艙周邊的空間幾何結構發生變化，產生曲速場。”

▲《星際迷航》中曲率引擎的細節圖

誰能想到，1994年，墨西哥物理學家阿庫別瑞為這種超光速旅行背書了。

他研究了廣義相對論中愛因斯坦方程，提出了一個阿庫別瑞度規（Alcubierre metric），這個度規符合愛因斯坦方程。

它用一種波動方式展延空間，導致航行器前方的空間收縮而後方的空間擴張，前後所連成的軸向即為航行器的航行方向。

竟然是幻想在前，理論在後。究竟是科學引導了科幻，還是科幻啟發了科學？

阿庫別瑞度規有些獨到之處，雖然它可以超光速，但飛船實際上處於一個平坦的“曲率泡”裡，所以不會出現狹義相對論的尺縮鐘慢等效應。

飛船上的時鐘和外界觀察者的時鐘一樣，從觀察者看來飛船的品質也沒有增加，雖然飛船在他/她看來真的是在超光速航行。

阿庫別瑞還指出：即使船在加速，它仍然是航行在自由落體的測地線上。

也就是說，利用曲速來加速或減速的船永遠處在自由落體狀態，宇航員也感受不到一般加速下會出現的強大引力。

龐大的潮汐力只會出現在“曲率泡”的邊緣。

這實在是星際旅行，必備寶船啊！

劉慈欣的《三體》裡面的曲率引擎就是這種阿庫別瑞引擎，大劉用一個程心洗澡玩肥皂的故事將其原理更加形象的展示出來。

原來，水面存在表面張力，對應於時空的張力，而肥皂（或其他表面活性劑）可以有效的降低小紙船尾部的表面張力，這種前後張力的不平衡，就會推動小紙船前行。

回顧完歷史，我們回到提出的問題：1000年內能發明出曲率引擎嗎？

其實，關於這方面的研究已經在進行中了。

1996年，美國國家航空航天局（NASA）成立了突破性推進物理計劃（Breakthrough Propulsion Physics Program, BPP）。

其中部分經費支援了曲速引擎方面的推測性工作，這項計劃不知道取得了什麼樣的成果，最終專案在2002年中止。

▲NASA的曲率引擎飛船藝術圖

對於阿庫別瑞引擎的工作原理，科學家們也頗有異議。

雖然阿庫別瑞度規在數學上是可行的，符合愛因斯坦方程，但其計算結果可能沒有物理學上的意義，更無法等同於的能夠建造出這種裝置。

還有人指出，阿庫別瑞引擎的暗示了負的能量密度，因此需要奇異物質才能使用，而這種奇異物質究竟是什麼，我們現在一點概念都沒有。

阿庫別瑞曾經辯稱，兩個平行的板子之間產生的卡西米爾效應可以滿足阿庫別瑞引擎的負能量需求。

但卡西米爾力是保守力，也就意味著真空零點能必須是有借有還的，根本無法為阿庫別瑞引擎提供持續的動力。

▲卡西米爾效應不過是現代版“永動機”而已

還有人指出，雖然阿庫別瑞度規沒有違反廣義相對論，但廣義相對論並沒有包含量子力學的機制。

一些科學家因此認為，雖然廣義相對論理論上也允許回到過去的時間旅行，但結合了調和了量子力學和廣義相對論的未來的量子引力理論必須包含“時序保護猜想”，也就是說這種時間旅行根本不可能。

看樣子，在物理學家發現量子引力理論之前，阿庫別瑞引擎是真是假，還未可知呢。

不管怎樣，人類還將在科學的道路上繼續攀登，所以一步一步來才是正道。在曲率引擎之前，我們還有很多事情要做呢。

在不遠的將來，最有希望成為更遠外太空旅行飛船推進器的是VASIMR等離子火箭（可變比衝磁等離子體火箭）。

它最早由華裔航天員張福林於上世紀70年代提出，它不依靠靜電場加速離子，而是先將推進劑（氬或氙）加熱到100萬度，將它們變成離子，再將它們壓縮排一個迴旋加速器中，這些離子受磁場的洛倫茲力而轉圈，調整磁場的方向和頻率，給離子不斷加速，最終以極大的速度從尾部噴出。

根據這樣的設計，VASIMR的比衝將達到3000-50000秒，又提升了一個檔次，而且它的比衝可任意調節。

它也不會像之前的氙離子推進器那樣比衝大推力小，存在短板，而是可以兼顧比沖和推力。

這不再是溫和的無人飛行器變軌發動機，而是強大的太空飛船推進器，載人星際旅行不再是夢想。

張福林目前已經是Ad Astra公司的Quattroporte兼CEO，專注於等離子體火箭事業的發展，經過十餘年的研究開發，他認為VASIMR推進器已日臻完善。

Ad Astra公司更是提出了一項“39天到達火星”的計劃，火星度假，真的不是夢想！

▲用VASIMR火箭，39天到達火星！為了未來的神奇科技，我們都要好好活！

1960年，美國物理學家巴薩德提出了一種衝壓發動機，他在飛船頭部設計了一個巨大的漏斗，其中有一個巨大的磁場，用以將星際塵埃粒子收集起來，傳遞到發動機內部，作為核聚變發動機的原料，核聚變產生的輻射作為動力從尾端發射出去。

就這樣，星際塵埃從攔路華變成了原料倉庫，而且是取之不盡用之不竭的。人們設想，有了這樣的飛船，人類將很容易將飛船加速到亞光速。在人類的有生之年，星際穿越也不再是夢想。

有一部科幻作品《宇宙過河卒》（Tau Zero），講的就是一個利用巴薩德發動機的飛船失控了以後，一直飛到了宇宙盡頭，其中探討了宇宙中的人性觀、時空觀，以及……男女觀，的確很有意思。

▲幻想中的巴薩德衝壓發動機飛船，星際遨遊，你也可以的。有人能幫忙把圖中的美國國旗P成五星紅旗嗎？

華麗總結：

曲率引擎能否研發出來，要看未來的量子引力理論。如果未來的量子引力理論不支援阿庫別瑞度規，那麼阿庫別瑞曲率引擎一萬年也搞不出來，或者需要去找新的方程的解，發明其他原理的曲率引擎。

如果阿庫別瑞度規也可以很好的被包括在未來的量子引力理論中，那我對人類有信心！

在另一個平行宇宙的《星際迷航》裡，曲率引擎是在2063年初次試飛的。我想，本平行宇宙裡的我們，不會比他們差太遠吧？

連結：1000年內能發明出曲率引擎嗎？ - 知乎 https://www.zhihu.com/question/356383310/answer/911693518