如果曲速驅(qū)動宇宙飛船飛入黑洞會發(fā)生什么？

曲速驅(qū)動器在很長一段時間內(nèi)一直不存在，盡管它們在科幻小說中無處不在。

作家約翰·坎貝爾 （John Campbell） 在一部名為《太空島》（Islands of Space） 的科幻小說中首次引入了這個想法。如今，特別是多虧了《星際迷航》，這個詞已經(jīng)非常熟悉了。

它幾乎是超空間超閾旅行的通用參考。曲速驅(qū)動器是否會存在是研究人員仍在努力解決的物理問題，但目前，它還只是理論上的。

最近，兩名研究人員研究了如果一艘?guī)в星衮?qū)動器的飛船試圖進入黑洞.結(jié)果是一個有趣的思想實驗。它可能不會導(dǎo)致星際飛船大小的曲速驅(qū)動器，但有一天可能會讓科學(xué)家創(chuàng)造出更小的版本。

雷莫·加拉蒂尼和基里爾·扎特里梅洛夫理論化這樣的驅(qū)動器可以在所謂的史瓦西黑洞中生存。前提是飛船以低于光速的速度穿過事件視界。

從理論上講，黑洞的引力場會減少保持驅(qū)動器運行所需的負能量。如果是這樣，飛船就可以穿過并以某種方式使用它到達其他地方而不會被壓碎。

此外，這個想法背后的數(shù)學(xué)為在實驗室環(huán)境中創(chuàng)建微型 Warp 驅(qū)動器指明了方向。

什么是 Warp Drive？

科學(xué)家可以在實驗室中構(gòu)建微型或微型 Warp 驅(qū)動器嗎？好問題。為了理解該團隊的工作，讓我們看看這項研究中的主要參與者：曲速驅(qū)動器和黑洞.

這個想法的靈感來自于這樣一個事實，即沒有什么能比光速更快?？紤]到太空中的距離，前往最近的恒星需要數(shù)年時間（如果我們能以光速飛行的話）。穿越一個星系或到更遙遠的星系需要數(shù)年甚至許多輩子的時間。所以，如果你想成為一個太空旅行的物種，你必須比光速 （FTL） 旅行。

你會怎么做呢？這就是曲速驅(qū)動器的用武之地。從理論上講，它們允許您將宇宙飛船放入一個氣泡中，該氣泡可以以 FTL 速度在太空中滑落。

這就是《星際迷航》（和其他 SF 故事）中的星際飛船如此迅速地穿越很遠的距離的原因。星際迷航飛船使用“曲速核心”中的能源為曲速場發(fā)生器提供動力。他們在子空間中創(chuàng)建扭曲氣泡。飛船用它來去船員需要去的地方。

物理學(xué)家喜歡曲速驅(qū)動器嗎？

這樣的曲速驅(qū)動器是一個誘人的想法，但有很多注意事項。例如，生成 warp 場需要大量的能量。一些物理學(xué)家認為，這需要的能量會超過我們能夠產(chǎn)生的能量。創(chuàng)造這種能量需要大量的奇異物質(zhì)——比如“unobtanium”。所以，這就是一個問題。

其他人則說，創(chuàng)建這樣的驅(qū)動器與我們目前對時空物理學(xué)的理解背道而馳。然而，這并沒有阻止任何人猜測實現(xiàn)這一目標的方法。

例如，墨西哥物理學(xué)家 Miguel Alcubierre有個想法1994 年。他認為它可以產(chǎn)生一個氣泡，從而改變物體周圍的空間。他繼續(xù)他的研究關(guān)于一艘可以比光更快地到達某個地方的船。

然而，他和其他人仍然指出了創(chuàng)建和維持曲速驅(qū)動器的各種問題。這包括這樣一個驅(qū)動器有效地將自身與宇宙的其他部分隔離開來的想法。除其他外，這意味著飛船無法控制使其行駛的驅(qū)動器。因此，仍有一些錯誤需要解決。

關(guān)于 Black Holes

我們最熟悉的黑洞是恒星質(zhì)量和超大質(zhì)量黑洞。這些還帶有吸積盤，可將物質(zhì)輸送到黑洞中。

例如，在我們銀河系中，名為人馬座 A* 的中心超大質(zhì)量黑洞會周期性地吞噬物質(zhì)。然后，它發(fā)出一陣輻射。其他更活躍的星系在中心超大質(zhì)量黑洞不斷進食時發(fā)出物質(zhì)射流。

黑洞是一種質(zhì)量集中物，引力如此之強，以至于任何東西，即使是光，都無法逃脫。在他們關(guān)于黑洞和曲速驅(qū)動的研究中，作者使用了史瓦西黑洞。

這些所謂的簡單“靜態(tài)”黑洞彎曲時空，沒有電荷，并且不旋轉(zhuǎn)。從本質(zhì)上講，它們是對太空中緩慢旋轉(zhuǎn)的物體特征進行數(shù)學(xué)探索的良好近似值。

當一艘?guī)в星衮?qū)動器的飛船穿越黑洞時

史瓦茨柴爾德黑洞是“完美”的黑洞，可用于對穿越事件視界的曲速驅(qū)動器進行理論探索。為了弄清楚這種情況，Garattini 和 Zatrimalov 決定用數(shù)學(xué)方式將描述黑洞的方程和描述曲速驅(qū)動的方程結(jié)合起來。

除其他外，他們發(fā)現(xiàn)可以將曲速驅(qū)動器“嵌入”黑洞的外部區(qū)域。曲速氣泡本身比黑洞小得多，需要向黑洞移動。黑洞的引力會影響產(chǎn)生和維持曲速驅(qū)動器所需的能量條件。

這意味著理論上可以減少維持曲速泡泡所需的負能量。此外，研究人員還建議，如果曲速氣泡以低于光速的速度移動，它就會有效地抹去黑洞的視界。

研究小組還描述了這樣一種想法，即這種情況可以引起電場中虛擬粒子轉(zhuǎn)換為真實粒子。如果是這樣，它可能會導(dǎo)致在實驗室中創(chuàng)建迷你 Warp 驅(qū)動器。

稍微改變黑洞

有趣的是，該團隊還提出，如果曲速氣泡移動緩慢并且比黑洞視界小得多，它可能會增加黑洞的熵。然而，正如他們在結(jié)案陳詞中所說，“在其他物理情況下存在潛在的問題：即，當曲速驅(qū)動器完全被黑洞吸收時，它可能會減少其質(zhì)量，從而減小其熵。

同樣，當有一個更大的曲速氣泡穿過黑洞時，它會產(chǎn)生“屏蔽”效應(yīng)，實際上消除了地平線，因此無法定義霍金意義上的黑洞熵。如果曲速驅(qū)動在自然界中是可能的，這些問題表明我們?nèi)匀粵]有從熱力學(xué)的角度理解它們。

Warp Drive 技術(shù)仍有待觀察

因此，雖然這項研究可能在理論上被證明是有價值的，并可能導(dǎo)致實驗室生產(chǎn)迷你黑洞，但仍然存在許多問題。

也許在未來，當我們了解這兩個物體背后的量子力學(xué)時，我們可能會發(fā)現(xiàn)曲速技術(shù)是一個大滿貫。如果是這樣，那么，當飛船穿過黑洞時，我們可能會面臨一個奇怪的時期。

例如，來自黑洞內(nèi)部的信號可以通過從奇點合并的曲速氣泡來傳遞。這將使我們能夠發(fā)送事件視界內(nèi)情況的圖像或錄音——今天沒有人知道。

那些可怕的黑洞也有可能使曲速驅(qū)動器變得不那么困難，因為它們不需要那么多奇特的“負能量”源材料。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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