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说起《星际迷航》，那历史就长了。前不久上映的《星际迷航：超越星辰》已经是星际迷航系列电影的第十三部了。此外，它还有725集电视剧，以及数百部小说、漫画、游戏和数不清的周边产品。
《星际迷航：超越星辰》中，虽然长时间的宇宙航行让人疲倦，但接到上级的命令，“进取号”还是义无反顾地发动曲速引擎，向着陌生而危险的星球飞去。那颗星球虽然在空间上无比遥远，距离以若干光年计算，但对于装备有曲速引擎的“进取号”来说，近得就像乘坐高铁去附近城市一样，只需小憩一会儿就到了。甚至它曳出的飞行轨迹，也让无数星际迷目眩神迷。但对于非星际迷而言，曲速引擎什么的，实在有点儿不能理解。本文将带领大家认识一下这个神奇的“道具”。
人类没加入宇宙俱乐部只因没发明曲速引擎？
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林成为了第一个进入太空的地球人。美国人大受刺激，次月肯尼迪总统就宣布进行载人登月飞行。这便是大名鼎鼎的“阿波罗计划”。当时，金牌制片人吉恩·罗登贝瑞敏锐地意识到，制作一档表现人类在未知宇宙冒险的电视剧很有价值。《星际迷航》于1966年9月8日在美国全国广播公司（NBC）首播。此时，“阿波罗计划”正进行得如火如荼，《星际迷航》第一季的播出立刻受到观众的热烈追捧。
在现实和电视剧里，冒险家们都需要面对如何战胜茫茫宇宙间遥不可及的距离这个问题。在电视剧里，罗登贝瑞和编剧们想到了一个新词：曲速引擎。
根据设定，所谓曲速引擎，其实是一种把反物质作为燃料的发动机，它能在运动物体周围制造一个人工的曲力场，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。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。
在《星际迷航》中，曲速飞行不但是冒险家战胜茫茫宇宙的法宝，还有其他用处。且看《星际迷航》的大事年表：
——2063年4月5日，泽弗里·科克伦博士发明了地球上第一艘曲速飞船“凤凰号”。瓦肯星舰侦测到“凤凰号”的曲速信号，于是降落至地球上，与人类进行了“第一次接触”。
——2110年，在瓦肯人的帮助下，人类成功摆脱了贫困、疾病和饥荒。又过了40年，联合地球政府成立，地球第一次全面统一。
——2151年，地球的首艘曲速5级星舰“NX-01企业号”发射，开始了人类深空探索的新纪元。
从1960年的“奥兹玛计划”开始，科学家就开始监听宇宙，看看有没有外星人向人类打招呼，可至今没有确切的消息，这被称为“大沉默”。外星人是否存在呢？物理学家费米问道，“要是外星人存在，那他们都在哪儿呢？”这话隐藏的意思是：如果生命是普遍存在的话，为什么我们探测不到他们？他们为什么不来找我们？这被称为“费米悖论”。《星际迷航》给出的答案是：因为我们还没有发明曲速引擎，还不能进行超光速飞行，而用曲速引擎进行超光速飛行是加入宇宙俱乐部的前提条件。
一篇惊世论文论证了曲速引擎的可能性
那么，曲速引擎到底能飞多快呢？最初编剧几乎是在随意使用，有时快，有时慢。后来逐渐固定下来：曲速1级是1倍光速，曲速2级是10倍光速，曲速3级是39倍光速，而曲速9级是1 516倍光速，曲速9.9999级达到惊人的199 516倍光速——若以这个速度飞行，横越银河系也只需要半年时间，至于曲速10级则直接标注为无穷快。
曲速引擎利用空间扭曲来飞行，并非常规的加速方法，在超光速的同时又可以巧妙地避开三维空间中最高速度无法超越光速的难题。问题是，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“外祖父悖论”，这个问题又该如何解决呢？《星际迷航》中并没有进行过多的技术性说明，只是在其中几集里，“进取号”穿越了时空，回到了过去。也就是说，曲速引擎有两套运行模式，一套用于空间旅行，一套用于时间旅行。在爱因斯坦的时空观中，时间与空间是一个连续体，那同一个引擎，既能用于空间旅行，也能用于时间旅行，是说得过去的。
那么，曲速引擎有实现的可能吗？叫人吃惊的是，还真有。
1994年，在《星际迷航》出现近30年时，墨西哥籍物理学家阿库别瑞发表了一篇惊世骇俗的论文。
在广义相对论中，时间和空间是弯曲的。阿库别瑞正是利用这一点，直接写下了一个完整的并且满足爱因斯坦场方程的弯曲时空。在这个弯曲的时空中，存在一个“气泡”，这个“气泡”以超过光速的任意大速度运动。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，这就是“气泡”可以以任何速度运动的原因。他的发现后来被物理学家称为“阿库别瑞气泡”，或“阿库别瑞速度”。
我们不得不惊叹：科幻再一次变成了现实。
这么说来，曲速引擎就能制造出来了吗？
科学家为什么还无法造出曲速引擎？
结果有点让人失望，计算表明，要想制造出阿库别瑞气泡，我们需要“负能量”。能量是什么相信大家都知道，那么，什么是负能量呢？
真空中的量子涨落具有能量（零点能），如果某物质的能量低于周围空间的量子涨落能量，就说这个物质具有负能量。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，是利用卡西米尔效应得到的一点点负能量。
最简单的卡西米尔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阿库别瑞气泡。要想制造并稳定地运行一个阿库别瑞气泡，需要的负能量的绝对值达到1064千克，这远远大于已知宇宙的能量，而负能量的绝对值与气泡的速度平方成正比。
其他科学家有自己的看法。比如，一位科学家研究发现，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3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毫克。此外，要产生超过光速10倍的气泡，气泡壁的厚度会变得非常小，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。
超光速时空气泡能否制造出来呢？我们也许需要很久才知道答案。
实际上，《星际迷航》中出现的一部分虚构科技已然成为或部分成为现实，例如液晶触摸屏、折叠式手机、无针头注射器、声控电脑、生命探测仪等。那么，曲速引擎也是可以期盼的。
《星际迷航：超越星辰》中，虽然长时间的宇宙航行让人疲倦，但接到上级的命令，“进取号”还是义无反顾地发动曲速引擎，向着陌生而危险的星球飞去。那颗星球虽然在空间上无比遥远，距离以若干光年计算，但对于装备有曲速引擎的“进取号”来说，近得就像乘坐高铁去附近城市一样，只需小憩一会儿就到了。甚至它曳出的飞行轨迹，也让无数星际迷目眩神迷。但对于非星际迷而言，曲速引擎什么的，实在有点儿不能理解。本文将带领大家认识一下这个神奇的“道具”。
人类没加入宇宙俱乐部只因没发明曲速引擎？
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林成为了第一个进入太空的地球人。美国人大受刺激，次月肯尼迪总统就宣布进行载人登月飞行。这便是大名鼎鼎的“阿波罗计划”。当时，金牌制片人吉恩·罗登贝瑞敏锐地意识到，制作一档表现人类在未知宇宙冒险的电视剧很有价值。《星际迷航》于1966年9月8日在美国全国广播公司（NBC）首播。此时，“阿波罗计划”正进行得如火如荼，《星际迷航》第一季的播出立刻受到观众的热烈追捧。
在现实和电视剧里，冒险家们都需要面对如何战胜茫茫宇宙间遥不可及的距离这个问题。在电视剧里，罗登贝瑞和编剧们想到了一个新词：曲速引擎。
根据设定，所谓曲速引擎，其实是一种把反物质作为燃料的发动机，它能在运动物体周围制造一个人工的曲力场，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。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。
在《星际迷航》中，曲速飞行不但是冒险家战胜茫茫宇宙的法宝，还有其他用处。且看《星际迷航》的大事年表：
——2063年4月5日，泽弗里·科克伦博士发明了地球上第一艘曲速飞船“凤凰号”。瓦肯星舰侦测到“凤凰号”的曲速信号，于是降落至地球上，与人类进行了“第一次接触”。
——2110年，在瓦肯人的帮助下，人类成功摆脱了贫困、疾病和饥荒。又过了40年，联合地球政府成立，地球第一次全面统一。
——2151年，地球的首艘曲速5级星舰“NX-01企业号”发射，开始了人类深空探索的新纪元。
从1960年的“奥兹玛计划”开始，科学家就开始监听宇宙，看看有没有外星人向人类打招呼，可至今没有确切的消息，这被称为“大沉默”。外星人是否存在呢？物理学家费米问道，“要是外星人存在，那他们都在哪儿呢？”这话隐藏的意思是：如果生命是普遍存在的话，为什么我们探测不到他们？他们为什么不来找我们？这被称为“费米悖论”。《星际迷航》给出的答案是：因为我们还没有发明曲速引擎，还不能进行超光速飞行，而用曲速引擎进行超光速飛行是加入宇宙俱乐部的前提条件。
一篇惊世论文论证了曲速引擎的可能性
那么，曲速引擎到底能飞多快呢？最初编剧几乎是在随意使用，有时快，有时慢。后来逐渐固定下来：曲速1级是1倍光速，曲速2级是10倍光速，曲速3级是39倍光速，而曲速9级是1 516倍光速，曲速9.9999级达到惊人的199 516倍光速——若以这个速度飞行，横越银河系也只需要半年时间，至于曲速10级则直接标注为无穷快。
曲速引擎利用空间扭曲来飞行，并非常规的加速方法，在超光速的同时又可以巧妙地避开三维空间中最高速度无法超越光速的难题。问题是，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“外祖父悖论”，这个问题又该如何解决呢？《星际迷航》中并没有进行过多的技术性说明，只是在其中几集里，“进取号”穿越了时空，回到了过去。也就是说，曲速引擎有两套运行模式，一套用于空间旅行，一套用于时间旅行。在爱因斯坦的时空观中，时间与空间是一个连续体，那同一个引擎，既能用于空间旅行，也能用于时间旅行，是说得过去的。
那么，曲速引擎有实现的可能吗？叫人吃惊的是，还真有。
1994年，在《星际迷航》出现近30年时，墨西哥籍物理学家阿库别瑞发表了一篇惊世骇俗的论文。
在广义相对论中，时间和空间是弯曲的。阿库别瑞正是利用这一点，直接写下了一个完整的并且满足爱因斯坦场方程的弯曲时空。在这个弯曲的时空中，存在一个“气泡”，这个“气泡”以超过光速的任意大速度运动。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，这就是“气泡”可以以任何速度运动的原因。他的发现后来被物理学家称为“阿库别瑞气泡”，或“阿库别瑞速度”。
我们不得不惊叹：科幻再一次变成了现实。
这么说来，曲速引擎就能制造出来了吗？
科学家为什么还无法造出曲速引擎？
结果有点让人失望，计算表明，要想制造出阿库别瑞气泡，我们需要“负能量”。能量是什么相信大家都知道，那么，什么是负能量呢？
真空中的量子涨落具有能量（零点能），如果某物质的能量低于周围空间的量子涨落能量，就说这个物质具有负能量。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，是利用卡西米尔效应得到的一点点负能量。
最简单的卡西米尔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阿库别瑞气泡。要想制造并稳定地运行一个阿库别瑞气泡，需要的负能量的绝对值达到1064千克，这远远大于已知宇宙的能量，而负能量的绝对值与气泡的速度平方成正比。
其他科学家有自己的看法。比如，一位科学家研究发现，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3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毫克。此外，要产生超过光速10倍的气泡，气泡壁的厚度会变得非常小，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。
超光速时空气泡能否制造出来呢？我们也许需要很久才知道答案。
实际上，《星际迷航》中出现的一部分虚构科技已然成为或部分成为现实，例如液晶触摸屏、折叠式手机、无针头注射器、声控电脑、生命探测仪等。那么，曲速引擎也是可以期盼的。