超光速与曲速引擎
NASA研究可扭曲空间的曲速引擎 10倍光速星际旅行
宇宙中，离我们地球最近的恒星系统是半人马阿尔法星系（Alpha Centauri），距离为4.4光年。如果按照Voyager-1（旅行者1号）宇宙飞船62136km/h的速度行进，抵达半人马阿尔法星系需要6.7万年，这对人类而言是个过于漫长的时间。虽然还存在许多不同的推进系统，比如离子推动器（ion drives），不过没有一个能够真正接近光速，并将星际旅行的时间缩短。
去年下半年，NASA组建了一支致力于曲速引擎（warp drive，也有译作翘曲引擎）技术研究的小型团队（没错，这不是科幻片，NASA真的打算玩扭曲时空）。这种曲速引擎如果可以实现，就能够真正令星际旅行的速度达到和超过光速，让人们完成许多过去无法完成的太空探索。
实际上早在1994年，墨西哥物理学家Miguel Alcubierre就提出了曲率驱动的概念，而由Harold “Sonny” White领导的这支队伍则尝试对Alcubierre曲速引擎进行一些改进，当然产出引擎实物的前提是人类能够解决如何制造与存储反物质的问题。
White及其团队目前正在做的研究是探讨这种曲速引擎实现的其他问题，比如说推动所需能量、采用曲速引擎的飞船应该长什么样子，以及以曲速推进时会发生怎样的情况。在接受媒体采访时，Sonny White解释了超光速旅行的可能性：“你以每小时3英里的速度步行前进。然后踏上机场的传送带，此时你仍保持每小时3英里的步行速度，那么实际前进的距离就远比不在传送带时多。”在解释以曲速做星际旅行是怎样的感觉时，White说，“出发时就会有一个初速度，就像是在看影片快进一样。”
在相对论中，运动速度和物体的其它性质，如质量甚至它所在参考系的时间流逝等，密切相关，速度低于（真空中）光速的物体如果要加速达到光速，其质量会增长到无穷大因而需要无穷大的能量，而且它所感受到的时间流逝甚至会停止（如果超过光速则会出现“时间倒
流”），所以理论上来说达到或超过光速是不可能的（至于光子，那是因为它们本身质量为零）。但也因此使得物理学家（以及普通大众）对于一些“看似”超光速的物理现象特别感兴趣。但是在介质中，物体的运动速度超过介质中的光速则是可能的。因为光速在介质中会下降。这种情况下会产生一些特别的现象。假使物体带电，则会发出蓝色光为主的切连科夫辐射。然而上述相对论的说法遭到了最近欧洲中微子实验的冲击，有可能这个理论被突破，超光速的传播还是有可能的，如果真是这样，时间倒流这些理论就会被修改
2011年9月22日，意大利物理学家在OPERA实验中发现了一种超光速的中微子，如果实验数据确凿无误，爱因斯坦的相对论将会受到挑战[4][5][6]。OPERA的此次实验由位于意大利中部山区的格兰萨索国家实验室（LNGS）与位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织(CERN)合作进行，实验结果基于对16,111次中微子测量事件的观察, 标示出了中微子的旅行速度以40322.58分之一超出光速, 为现实中宇宙速度的极限。考虑到这是一个潜在的影响深远的结果，在结论被驳斥或坚实建立之前，还需要更多独立而无关的测量[3]。但是该实验最终错误，是测量人员的技术失误。于2012年6月8日世界公布实验错误。
先前Miguel Alcubierre所提出采用曲速引擎的宇宙飞船，是一个采用塔桥连接周围环状结构的球形航天器，“想象一个橄榄球，周围围绕着环状结构，整个系统和工作人员就在橄榄球中，而环状结构由外来物质构成”，这里所谓的外来物质即是飞船的能量源，其实现方式就目前的研究来看，人类对其仍知之甚少。
这种设计能让飞船周围的时空扭曲，飞船前的空间收缩，飞船后的空间扩张，而飞船本身位于一个没有被弯曲的时空组成的扭曲时空泡（warp bubble）中。时空泡带着飞船以10倍光速穿梭于时空间。从已有的宇宙观察研究来看，这种时空的变形是可能的，不过在理论跨往哪怕实验室的实现过程中都有着很多的问题。
Alcubierre曲速引擎的问题有很多，比如说人能否在这样的气泡中存活，不过其中最需要解决的问题是达到光速所需的能量。在Alcubierre的原始设计中，这种曲速引擎所需的最小能量就约等于木星的质能。去年，Sonny White为了解决这一问题，就对Alcubierre 的设计进行了改进，包括将圆环结构从扁圆改为形似甜甜圈的正圆，令所需能量下降到可由相当于700kg旅行者1号的质能推动的程度。
不过，现在就考虑这种曲速引擎要真正投入实际使用还为时过早，NASA的这支研究队伍虽然有了概念上的论证步骤，以期了解Alcubierre曲速引擎是否可运转起来，但微小的曲速泡却与现实中的原型设备几乎没有关系，而且要找到用于环形结构的“外来物质”就是个不可知的问题。所以期待超光速星际旅行的同学可能在有生之年也不会见到这种曲速引擎，唯一可感叹的是我们的生不逢时。
新浪科技讯北京时间7月31日消息，据英国《每日邮报》报道，美国宇航局约翰逊航天中心的科研人员们确信，他们可以将科幻世界中的技术变成现实，并证明曲率飞行是真正可能的。为了达到这一目标，他们将必须要打破，或者至少要扭曲爱因斯坦理论中的时空。
哈罗德·怀特(Harold G. White)博士和他的研究组已经开始利用极小的光子开展实验，从而为未来的太空旅行奠定基础。今年43岁的怀特博士正试图操纵、或者说“扭曲”一个光子的运行路径。简单来说，怀特博士正试图搞清楚，他是否可以将光子周围的时空扭曲，从而使其在不改变速度的情况下运行更远的距离。
怀特博士表示：“宇宙从137亿年前的大爆炸之后便一直在膨胀。而当你观察一些宇宙学模型时，你会注意到有一部分模型指出在宇宙极早期曾经存在一个暴涨时期，当时宇宙经历急剧膨胀，当时宇宙中任意两点之间都会以极高的速度相互远离。”他说：“大自然可以做到这一点，那么问题是：我们可以做到吗？”
尽管爱因斯坦的理论限制了光速值，但是怀特博士深受墨西哥物理学家米戈尔·阿尔库贝利(Miguel Alcubierre)的影响，后者倡导的一项理论可以允许超光速旅行，并且不会违背爱因斯坦的理论。他的理论是在1994年首次发表的，其中包含有大量旨在扩张或收缩空间
的内容，这样做的目的是创设出一个“扭曲空间”的“气泡”，飞船便在这一“气泡”空间内部运行。
通过对时空的扭曲来实现飞船飞行，怀特博士这样向《纽约时报》的记者解释：这就有点像是在机场常常可以看到的移动“人行道”，你站着不动也会随着传送带向前走。
尽管阿尔库贝利表示他的这项理论仅仅是一种猜想，但是怀特博士认为这种想法已经接近于将曲率旅行变成现实的边缘。不过怀特博士也承认他的研究仍然只是小规模的，距离像《星际迷航》中企业号安装的那种曲率引擎技术还差了十万八千里。
对于此项研究，美国宇航局持有审慎的支持态度。该局约翰逊航天中心引擎部门主管史蒂夫·西赫(Steve Sich)表示：“你必须永远面向未来。”西赫表示：“40年前这就是星际迷航中的情节，柯克船长随时随地可以呼叫超时空传输。但是今天我们已经接近将它变为现实，那是因为我们发展了先进的电池技术，我们发展了软件技术，计算机技术，还有触摸屏技术。”曲率推进技术一旦变成现实，人类的星际旅行，我们抵达其它遥远星系的时间，将由原来是几千几万年一下子缩短为只需要几个月。
理查德·奥伯塞(Richard Obousy)是伊卡鲁斯星际航行协会的主席，也是怀特教授工作的支持者。他认为政府应当为怀特博士的研究投入更多资金。他说：“我们往往会倾向于高估我们在短时间内可以达成的工作，但是我认为我们也时常会大大低估我们在更长的时期内可以实现的目标。”(晨风)
【搜狐科学消息】据国外媒体报道，在《星际迷航》电视节目和电影剧情中，“企业号”飞船能够借助曲速引擎进行超光速航行。美国宇航局的科学家正在对“曲速引擎”的可能性进行验证，或许将来某一天真的能实现《星际迷航》中的这种高超技术。
根据爱因斯坦的相对论，有质量的物体不能够跑得比光快。在《星际迷航》系列节目中，剧作者忽略光速的限制，让飞船能够在数天之内畅游整个星系。他们试图利用由“物质—反物质”驱动的曲速引擎来解释这种超自然航行能力。
自从物理学家Miguel Alcubierre在1994年发表了一篇题为“曲速引擎：广义相对论中的超快航行”的论文以来，许多物理学家和科幻作家开始使用这个概念。
在Miguel Alcubierre提出的理论当中，飞船本身并没有超光速运动，只是飞船前部的空间发生收缩，而后部的空间发生膨胀，这样就能够比光更快到达目的地。
实现曲速引擎的第一步是要证明“曲速泡”的存在，并且能够人工制造。这正是当下美国宇航局休斯敦航天中心的物理学家怀特及其同事所做的研究工作。
为了验证在实验室中能否观测到时空扭曲，研究人员发射了两束激光，一束通过真空，另一束通过正常的空间，然后对两束激光进行比较，看是否通过真空的那条光束的波长变长了（红移），如果真是这样，就说明激光通过了“曲速泡”。但到目前为止，他们还没有得出最终
的结论，让我们拭目以待吧。（编译：双螺旋）
腾讯科学讯（Everett/编译）据国外媒体报道，装备曲速引擎的宇宙飞船是恒星际航行的首选，比如《星际迷航》科幻片中的“企业”号使用曲速引擎达到超光速的运行速度。根据爱因斯坦的广义相对论，存在一个特殊的“漏洞”可以满足宇宙飞船以极短的时间穿越时空，当然，并不是飞船的速度达到超光速，而是时空的特性可以使得飞船从一处空间穿越到另一处空间。事实上，来自美国宇航局的科学家现在证实这种空间飞行的可能性，第一次发现曲速引擎可以使宇宙飞船达到超光速。
曲速引擎是《星际迷航》中超光速运行的动力，科学家发现我们可以移动周围的时空实现超光速之旅
爱因斯坦的时空理论认为有质量物体的运行速度不可能比光速还快，也不可以达到光速，《星际迷航》系列电影中似乎忽略了这个万物速度的上限，通常在三维时空中需要数万光年的距离只要短短几天甚至更短的时间，时空扭曲技术或许是恒星际航行的必备技术。此外，科学家们也试图解释能否通过物质-反物质发动机打造曲速引擎，进而实现“超光速”的空间飞行。从20世纪60年代开始，反物质一直是一个热门的研究领域，当物质和反物质发生碰撞时，会发生湮灭，同时通过爱因斯坦的质能方程将质量转化为能量。
换句话说，物质和反物质碰撞湮灭时释放能量是一个潜在的强大能量源，研究发现即便是这样也不足以推动庞大质量的宇宙飞船进行超光速运行。然而，曲速引擎是否可行呢？一位《星际迷航》的粉丝、物理学家米格尔·阿尔库维雷认为曲速引擎可能最终会被研发出来，其运行方式或许不像《星际迷航》中所体现的那样。虽然有质量的物体不可能比光速运行得还快，但是科学家发现我们不需要将宇宙飞船加速至光速，只要移动飞船周围的时空即可。
自大爆炸发生以后，宇宙就在不断地膨胀之中，科学家已经确认膨胀的过程是加速膨胀，根据对遥远星光的观测发现了红移现象，这意味着星光光源正远离地球，由于空间不具有质量，移动周围时空变成了可能，这也是恒星际航行的一个潜在技术。
《星际迷航》系列科幻故事设定在地球未来发展路线的一个平行时间线上，从21世纪中期直到24世纪，人类于21世纪中期后进行了第一次曲速飞行，这意味着人类进入了曲速时代。其中，电影《星际迷航：暗黑无界》的译名被网络化翻译了，将darkness翻译成暗黑而不是黑暗。正像中文译名的表面炫目，电影本身也是表面炫目，故事一般，想象力一般，只有让人过瘾的感官享受。其中，最让星迷感到过瘾的是星舰加速到曲速的那一刹那，这部的视听效果比以往更好。那么曲速到底有多快？
星际迷航：暗黑无界
曲速飞行是一种通过在压缩时空中航行的技术，其原理就是在运动物体周围利用反物质驱动的曲速引擎制造一个人工的曲力场，从而使物体能在这个扭曲的时空气泡中以几十倍于光速的速度移动。曲速就是衡量在这个时空泡里运动的物体的速度。由于这样的移动方法是
利用空间扭曲，而非常规的加速方法，因此可以巧妙的避开三维空间中最高速度无法超越光速的陷阱。打个通俗的比方，一辆汽车速度不变，但是由于将道路长度进行了大幅压缩，导致路程相应缩短，行驶的时间也就得到了极度的节省。
企业号
很多人会问这个问题。确切的答案是超过光速，但一直在演变。例如，在这一集电影中，马库斯将军乘坐的星舰——企业号的曲速就比进取号快五倍。所以，不要问曲速到底有多快，反正比光速快很多倍。(据说，该故事编剧有一个公式。曲速1刚好达到光速，曲速2呢？是光速的8倍。曲速3是光速的27倍。现在，你可以猜到编剧的公式了吧？曲速N就是光速的N 的三次方倍。)
进取号
当影片中的星舰进入曲速后，星舰被一个“气泡”所包围。这个气泡恰好证实了很多年前物理学家的一个发现。这个发现貌似超越了爱因斯坦的狭义相对论，因为狭义相对论告诉我们，如果我们可以超越光速，就会发生时间倒流的事件，从而引起祖父悖论。这里，我们不讨论祖父悖论，而只解释一下墨西哥籍物理学家Alcubierre出人意料的发现。他在1994年，即《星际迷航》电视系列出现近30年后，发表了一篇论文，这篇论文论证，原则上在广义相对论中可以超越光速。他的发现后来被物理学家称为“Alcubierre气泡”，或”Al cubierre速度”。
在广义相对论中，时间和空间是弯曲的，Alcubierre正是利用了这一点。他直接写下了一个完整的时空，在这个时空中，存在一个“气泡”，这个气泡以超过光速的任意大速度运动。他用的办法很简单，就是直接写下一个四维时空，在这个弯曲时空中，一个远离飞船的地方，时间和空间与没有任何能量存在时是一样的，也就是说是平坦的。在接近飞船的地方，时空形成一个“气泡”，这个气泡可以用任何速度向前飞行，而飞船藏在气泡中。即使在气泡中，时空的曲率也可以不大，这样不会导致飞船受到很大影响。
Alcubierre的超光速时空气泡初看上去没有什么特别的，除了气泡以超光速飞行。计算的结果告诉我们，时空在气泡的后面膨胀了，在气泡的前面缩小了，这也许是气泡可以以任何速度运动的原因。任何人都可以像Alcubierre随手写一下一个弯曲时空，但我们不能
承认这个时空是可以实现的，除非它满足爱因斯坦场方程。同样，Alcubierre的时空也需要满足爱因斯坦场方程。他是倒过来做这件事的，先写下时空，然后带入爱因斯坦方程看看我们需要什么样的物质，结果有点让人失望，我们需要负能量。
需要负能量这件事不是第一次发生，过去，人们在讨论虫洞和利用虫洞制造时光机器时也发现，没有负能量根本做不到。目前，除了在极端情况下，我们还没有观测到负能量的存在。所谓极端情况，是利用Casimir效应得到的一点点负能量。最简单的Casimir效应出现在两块很大的平行金属板之间，光子场的量子涨落使得平行板之间的能量变成负的。但这么一点点负能量远远不够制造曲率驱动气泡。Alcubierre气泡本身也许不需要不可思议多的负能量，但如果我们要求某些量子条件成立，那么Alcubierre气泡需要的负能量的绝对值就会达到10的64次方公斤，这远远大于宇宙的能量。即使我们不要求满足任何量子条件，Alcubierre气泡负能量的绝对值一般也要大于飞船能量的绝对值，实际上也是不可行的。而且，负能量的绝对值与气泡的速度平方成正比。
这并不妨碍科学家们的探索。比如，一位科学家研究结果说，满足了量子条件，驱动一个原子超光速飞行的负能量的绝对值可以降低到三个太阳质量。另一位科学家甚至说，可以将驱动一个原子的负能量的绝对值降低到几个毫克。也许，在未来，曲率驱动可以超越光速。Krasnikov甚至想到一个类似《三体3：死神永生》中的主角程心想到的办法——在气泡的路上安排一些质量使超光速气泡成为可能。(当然，安排这些质量的过程本身只能用亚光速速度。)
但是后来，物理学家发现了更多的问题，例如要产生超光速十倍的气泡，气泡壁的厚度变得非常小，小到量子引力效应不可忽略。这么薄的气泡壁将包含不可思议的能量。还有人发现，气泡内的霍金辐射会毁灭整个气泡。
物理学家们真的可以制造出超光速时空气泡吗？也许我们会不断发现不可能的原因，这
样，我们就不必面对下面的疑问：如何解决超光速运动引起的祖父悖论？即使用Alcubierre 气泡，我们也逃避不了这个悖论。至于如何利用曲速制造时光机帮助我们访问过去，那就是是另一个话题了。那么，如果你想见识一下飞船在曲速飞行时有多快，就不妨看看《星际迷航：暗黑无界》吧。
超光速（faster-than-light, FTL或称superluminality）会成为一个讨论题目，源自于相对论中对于局域物体不可能超过真空中光速c的推论限制，光速成为许多场合下速率的上限值。在此之前的牛顿力学并未对超光速的速度作出限制。而在相对论中，运动速度和物体的其它性质，如质量甚至它所在参考系的时间流逝等，密切相关，速度低于（真空中）光速的物体如果要加速达到光速，其质量会增长到无穷大因而需要无穷大的能量，而且它所感受到的时间流逝甚至会停止（如果超过光速则可能会出现“时间倒流”），所以理论上来说达到或超过光速是不可能的（至于光子，那是因为它在真空中永远处于光速c，而不是从低于光速增加到光速）。但也因此使得物理学家（以及普通大众）对于一些疑似超光速的物理现象特别感兴趣。
但是在介质中，物体的运动速度超过介质中的光速则是可能的。因为光速在介质中会下降。这种情况下会产生一些特别的现象。假使物体带电，则会发出蓝色光为主的切连科夫辐射。
相对论出现后，超光速的意义出现在两个领域，一个是物理上的（包括理论物理和实验物理）以及天文学观测方面，另一个是科幻方面.
中微子超光速，都是光纤惹的祸
2012年02月25日 07:48:04
来源：新京报
超光速中微子实验出现低级错误，科学家称爱因斯坦相对论依然正确
去年因实验中发现了中微子超光速事件而登上全球媒体头条的意大利OPERA项目近日承认，有两个失误可能影响了实验结果。中国科学家表示，该实验犯了“低级错误”，相对论的基本原理依然是正确的。
实验结果曾震惊世界
去年9月，意大利所属的OPERA中微子研究实验发现中微子出现“超光速”现象，中微子到达的时间比光速还早了60纳秒。如果这一结果得到验证，意味着现代物理学的根基——爱因斯坦狭义相对论受到严重挑战，人类对时空的认
识就得重新开始。
此后，大量物理学家开始研究这一现象。美国费米实验室宣布将重复进行这一实验，OPERA项目其他实验室的科学家也进行了独立实验，但发现中微子并未超过光速。
22日，权威科学期刊《科学》官网披露，一位熟悉实验的匿名人士透露，中微子之所以比光速快，是因为连接GPS信号接收器的光纤“接触不良”。
OPERA项目随后对外发表声明称，他们找到了两个可能“严重”影响实验结果的问题。第一个问题出在位于GPS同步之间，给中微子运行制造时间标签的振荡器；第二个问题则出在将外部的GPS信号传输到OPERA主时钟的光纤连接上。这两个问题能影响中微子的飞行时间。
实验错误在可控范围内
虽然OPERA项目的声明没有用“错误”这个词，但科学界已将之认为其正式承认了实验过程中存在失误。
中科院高能物理研究所所长陈和生认为，这是“低级错误”，是在“可控制范围内”的。陈和生表示，OPERA实验结果出来后，虽然给一些理论学家想象的空间，但物理学界持怀疑态度的居多。“科学家应该有判断能力，甚至直觉，对实验的每个环节每个步骤都要分析，看是否存在差错。现在看来，相对论的基本原理还是正确的。”（记者金煜）
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https://www.sodocs.net/doc/e317677711.html,/20130516/n376106287.shtml
https://www.sodocs.net/doc/e317677711.html,/a/20130515/004922.html
https://www.sodocs.net/doc/e317677711.html,/2013-06-17/155220608.html?fromtool=roll https://www.sodocs.net/doc/e317677711.html,/wiki/%E8%B6%85%E5%85%89%E9%80%9F https://www.sodocs.net/doc/e317677711.html,/world/2012-02/25/c_122752331.html