想像一下，一艘太空船不是靠引擎驅動，而是靠壓縮前方的時空。這是科幻小說的範疇，對嗎？但也不盡然。幾十年來，物理學家一直在探索”曲速驅動器”的理論可能性，而發表在《天文物理學公開期刊》上的一項新研究則更進一步–模擬了這種驅動器在發生故障時可能發出的引力波。

曲速驅動器是科幻小說的主要內容，原則上可以推動太空船以超過光速的速度前進。遺憾的是，在實際應用中，曲速驅動器的構造存在著許多問題，例如需要一種具有負能量的奇異物質。曲速驅動器的其他問題還包括，利用它有可能創造出違反因果關係的封閉時間曲線，以及從更實際的角度來看，飛船中的人在實際控制和關閉氣泡時遇到的困難。

這項新研究是倫敦瑪麗女王大學、波茨坦大學、波茨坦馬克斯-普朗克重力物理研究所（MPI）和卡迪夫大學的引力物理學專家合作的成果。雖然它並沒有聲稱已經破解了曲速驅動器代碼，但它利用數值模擬探索了曲速驅動器”遏制失效”的理論後果。

在v = 0.1 的情況下，韋爾標量Ψ4 的實部隨時間的演變。這個量提供了時空曲率的度量，在遠區，可以與時空的重力波內容相辨識。在最後兩幅圖中，我們看到重力波輻射從翹曲氣泡的坍縮殘餘物中迸發出來。資料來源：K. Clough（倫敦大學瑪麗皇后學院）

研究的第一作者、倫敦瑪麗皇后大學的凱蒂-克拉夫博士解釋說：”儘管曲速驅動器是純理論的，但它們在愛因斯坦的廣義相對論中有明確的描述，因此數值模擬使我們能夠探索它們可能以重力波的形式對時空產生的影響”。

共同作者、卡迪夫大學物理和天文學院的塞巴斯蒂安-汗博士補充說：”Miguel Alcubierre 於1994 年在卡迪夫大學攻讀博士學位期間創造了第一個曲速驅動器解決方案，隨後在波茨坦的MPI 工作。

結果令人著迷。坍縮的曲速驅動器會產生明顯的重力波爆發，而這種時空漣漪可以被通常以黑洞和中子星合併為目標的重力波探測器偵測到。與天體合併產生的啁啾聲不同，這種訊號是一種短時間、高頻率的爆發，因此目前的探測器無法捕捉到它。不過，未來的高頻率儀器可能會捕捉到，雖然目前還沒有此類儀器獲得資助，但製造此類儀器的技術已經存在。這就提出了利用這些訊號來尋找翹曲驅動技術證據的可能性，即使我們自己無法製造它。

汗博士提醒說：”在我們的研究中，時空的初始形狀是阿爾庫比耶爾描述的翹曲氣泡。雖然我們能夠證明，未來的探測器原則上可以發現可觀測的信號，但鑑於這項工作的推測性質，這不足以推動儀器的開發。

這項研究也深入探討了塌縮曲速驅動器的能量動力學。坍縮過程會發出負能量物質波，然後是交替出現的正負電波。這種複雜的舞動會導致系統整體能量的淨增加，原則上，如果發出的波與正常物質相互作用，就會提供坍縮的另一個特徵。

這項研究推動了我們對奇異時空和重力波的認識。迪特里希教授評論道：”對我來說，這項研究最重要的方面是對負能量時空的動力學進行精確建模的新穎性，以及將這些技術推廣到物理情境的可能性，這可以幫助我們更好地理解宇宙的演化和起源，或避免黑洞中心出現奇點”。

克拉夫博士補充說：”這提醒我們，理論思想可以推動我們以新的方式探索宇宙。儘管我們對看到任何東西的可能性持懷疑態度，但我確實認為它足夠有趣，值得一看！”

研究人員計劃研究訊號如何隨不同的曲速驅動模型而變化，並探索以超過光速本身的速度飛行的氣泡的坍塌問題。翹速可能還很遙遠，但了解宇宙秘密的探索仍在繼續。

編譯自/ ScitechDaily