《星際迷航：超越星辰》：曲速引擎的傳說與現實

艾星雨

說起《星際迷航》，那歷史就長了。前不久上映的《星際迷航：超越星辰》已經是星際迷航系列電影的第十三部了。此外，它還有725集電視劇，以及數百部小說、漫畫、游戲和數不清的周邊產品。

《星際迷航：超越星辰》中，雖然長時間的宇宙航行讓人疲倦，但接到上級的命令，“進取號”還是義無反顧地發動曲速引擎，向著陌生而危險的星球飛去。那顆星球雖然在空間上無比遙遠，距離以若干光年計算，但對于裝備有曲速引擎的“進取號”來說，近得就像乘坐高鐵去附近城市一樣，只需小憩一會兒就到了。甚至它曳出的飛行軌跡，也讓無數星際迷目眩神迷。但對于非星際迷而言，曲速引擎什么的，實在有點兒不能理解。本文將帶領大家認識一下這個神奇的“道具”。

人類沒加入宇宙俱樂部只因沒發明曲速引擎？

1961年4月12日，蘇聯宇航員尤里·加加林成為了第一個進入太空的地球人。美國人大受刺激，次月肯尼迪總統就宣布進行載人登月飛行。這便是大名鼎鼎的“阿波羅計劃”。當時，金牌制片人吉恩·羅登貝瑞敏銳地意識到，制作一檔表現人類在未知宇宙冒險的電視劇很有價值。《星際迷航》于1966年9月8日在美國全國廣播公司（NBC）首播。此時，“阿波羅計劃”正進行得如火如荼，《星際迷航》第一季的播出立刻受到觀眾的熱烈追捧。

在現實和電視劇里，冒險家們都需要面對如何戰勝茫茫宇宙間遙不可及的距離這個問題。在電視劇里，羅登貝瑞和編劇們想到了一個新詞：曲速引擎。

根據設定，所謂曲速引擎，其實是一種把反物質作為燃料的發動機，它能在運動物體周圍制造一個人工的曲力場，使物體能在這個扭曲的時空氣泡中以幾十倍于光速的速度移動。曲速就是衡量在這個時空泡里運動的物體的速度。打個通俗的比方，一輛汽車速度不變，但是由于將道路長度進行了大幅壓縮，導致路程相應縮短，行駛的時間也就得到了極度的節省。

在《星際迷航》中，曲速飛行不但是冒險家戰勝茫茫宇宙的法寶，還有其他用處。且看《星際迷航》的大事年表：

——2063年4月5日，澤弗里·科克倫博士發明了地球上第一艘曲速飛船“鳳凰號”。瓦肯星艦偵測到“鳳凰號”的曲速信號，于是降落至地球上，與人類進行了“第一次接觸”。

——2110年，在瓦肯人的幫助下，人類成功擺脫了貧困、疾病和饑荒。又過了40年，聯合地球政府成立，地球第一次全面統一。

——2151年，地球的首艘曲速5級星艦“NX-01企業號”發射，開始了人類深空探索的新紀元。

從1960年的“奧茲瑪計劃”開始，科學家就開始監聽宇宙，看看有沒有外星人向人類打招呼，可至今沒有確切的消息，這被稱為“大沉默”。外星人是否存在呢？物理學家費米問道，“要是外星人存在，那他們都在哪兒呢？”這話隱藏的意思是：如果生命是普遍存在的話，為什么我們探測不到他們？他們為什么不來找我們？這被稱為“費米悖論”。《星際迷航》給出的答案是：因為我們還沒有發明曲速引擎，還不能進行超光速飛行，而用曲速引擎進行超光速飛行是加入宇宙俱樂部的前提條件。

一篇驚世論文論證了曲速引擎的可能性

那么，曲速引擎到底能飛多快呢？最初編劇幾乎是在隨意使用，有時快，有時慢。后來逐漸固定下來：曲速1級是1倍光速，曲速2級是10倍光速，曲速3級是39倍光速，而曲速9級是1 516倍光速，曲速9.9999級達到驚人的199 516倍光速——若以這個速度飛行，橫越銀河系也只需要半年時間，至于曲速10級則直接標注為無窮快。

曲速引擎利用空間扭曲來飛行，并非常規的加速方法，在超光速的同時又可以巧妙地避開三維空間中最高速度無法超越光速的難題。問題是，狹義相對論告訴我們，如果我們可以超越光速，就會發生時間倒流的事件，從而引起“外祖父悖論”，這個問題又該如何解決呢？《星際迷航》中并沒有進行過多的技術性說明，只是在其中幾集里，“進取號”穿越了時空，回到了過去。也就是說，曲速引擎有兩套運行模式，一套用于空間旅行，一套用于時間旅行。在愛因斯坦的時空觀中，時間與空間是一個連續體，那同一個引擎，既能用于空間旅行，也能用于時間旅行，是說得過去的。

那么，曲速引擎有實現的可能嗎？叫人吃驚的是，還真有。

1994年，在《星際迷航》出現近30年時，墨西哥籍物理學家阿庫別瑞發表了一篇驚世駭俗的論文。

在廣義相對論中，時間和空間是彎曲的。阿庫別瑞正是利用這一點，直接寫下了一個完整的并且滿足愛因斯坦場方程的彎曲時空。在這個彎曲的時空中，存在一個“氣泡”，這個“氣泡”以超過光速的任意大速度運動。計算的結果告訴我們，時空在“氣泡”的后面膨脹了，在“氣泡”的前面縮小了，這就是“氣泡”可以以任何速度運動的原因。他的發現后來被物理學家稱為“阿庫別瑞氣泡”，或“阿庫別瑞速度”。

我們不得不驚嘆：科幻再一次變成了現實。

這么說來，曲速引擎就能制造出來了嗎？

科學家為什么還無法造出曲速引擎？

結果有點讓人失望，計算表明，要想制造出阿庫別瑞氣泡，我們需要“負能量”。能量是什么相信大家都知道，那么，什么是負能量呢？

真空中的量子漲落具有能量（零點能），如果某物質的能量低于周圍空間的量子漲落能量，就說這個物質具有負能量。需要負能量這件事不是第一次發生，過去，人們在討論蟲洞和利用蟲洞制造時光機器時也發現，沒有負能量根本做不到。目前，除了在極端情況下，我們還沒有觀測到負能量的存在。所謂極端情況，是利用卡西米爾效應得到的一點點負能量。

最簡單的卡西米爾效應出現在兩塊很大的平行金屬板之間，光子場的量子漲落使得平行板之間的能量變成負的。但這么一點點負能量遠遠不夠制造阿庫別瑞氣泡。要想制造并穩定地運行一個阿庫別瑞氣泡，需要的負能量的絕對值達到1064千克，這遠遠大于已知宇宙的能量，而負能量的絕對值與氣泡的速度平方成正比。

其他科學家有自己的看法。比如，一位科學家研究發現，滿足了量子條件，驅動一個原子超光速飛行的負能量的絕對值可以降低到3個太陽質量。另一位科學家甚至說，可以將驅動一個原子的負能量的絕對值降低到幾毫克。此外，要產生超過光速10倍的氣泡，氣泡壁的厚度會變得非常小，小到量子引力效應不可忽略。這么薄的氣泡壁將包含不可思議的能量。還有人發現，氣泡內的霍金輻射會毀滅整個氣泡。

超光速時空氣泡能否制造出來呢？我們也許需要很久才知道答案。

實際上，《星際迷航》中出現的一部分虛構科技已然成為或部分成為現實，例如液晶觸摸屏、折疊式手機、無針頭注射器、聲控電腦、生命探測儀等。那么，曲速引擎也是可以期盼的。