“曲速前进，苏鲁先生！” 凭借这句指令，企业号星舰的柯克舰长准备让他的飞船进行超光速旅行，同时也激励了无数从沙发上看《星际迷航》而立志成为物理学家的年轻人。
因此，1994年理论物理学家米格尔·阿尔库贝利（Miguel Alcubierre）提出了曲速引擎如何在现实宇宙中工作的设想，这也就不足为奇了。曲速引擎的关键特征是它可以在超光速下推进飞船，而船员却不会感受到巨大的加速度。
阿尔库贝利的想法是，在一种高度扭曲的、在宇宙中移动的时空气泡内创造一个平坦的时空区域。乘客坐在加速度为零的平坦区域，而整个气泡则以超光速或至少是极高的速度旅行。
当然，最大的问题是阿尔库贝利驱动器在物理上是否可能实现。答案似乎是否定的，因为它需要负能量，而这不符合我们目前对物理学的理解，而且能量密度也大得不切实际。
气泡物理学
尽管如此，阿尔库贝利的工作启发了其他人寻找可能在物理上实现的替代曲速引擎。2021年，物理学家们提出了如何使用正能量制造曲速引擎，尽管能量密度仍然大得不切实际。事实上，存在着一整类曲速引擎。
但由于其背后极其困难的数学计算，评估这些模型非常困难。数学计算涉及两个阶段。
在构想出一种可能允许曲速的的时空结构后，第一步是求解爱因斯坦场方程，以确定能量和动量的流。这种流由称为应力-能量张量的数学实体给出。
一旦这些确定，第二步就是弄清楚应力-能量张量是否在物理上是现实的。换句话说，它们是否违反了物理定律或需要不切实际的资源，例如无限的能量密度。
这些计算非常复杂，以至于物理学家们常常退而求其次，采用简单的解决方案来简化相关的方程，例如假设球形对称。然而，这不可避免地会忽略掉具有更复杂几何形状的、可能有趣的各种时空。
现在，阿拉巴马大学亨茨维尔分校的克里斯托弗·赫尔默里希（Christopher Helmerich）及其同事开发了一款名为“Warp Factory”的软件包，该软件包能够处理繁重的数学计算。“Warp Factory 是一个专门的工具包，用于分析与曲速引擎相关的时空，”赫尔默里希及其同事表示。
他们通过表征一系列已知曲速引擎几何形状（如阿尔库贝利的）的应力-能量张量，并评估其物理可行性来对其进行检验。
这些模型都远非任何实际应用，而只是数学上的奇思妙想。但 Warp Factory 提供了理解它们的新方法，并对其本质产生了新的见解。特别是，它允许物理学家更详细地研究亚光速曲速引擎，这可能最终会成为最受关注的类型。
“这个全面的工具包提供了有洞察力的 2D 和 3D 可视化效果，使我们能更深入地理解度规及其对应的应力-能量张量，”赫尔默里希及其同事说。
工厂下载
该团队已将 Warp Factory 提供下载，以便任何人都可以研究他们设计的革命性曲速引擎。这并不能保证物理上可行的曲速引擎将会出现。但它提供了一个肯定会启动该领域研究的工具。“我们的目标是进一步推动曲速引擎的研究，并希望将我们推向实现物理上可行的曲速引擎，”研究人员说。
因此，如果未来几周和几个月内出现更多可行的曲速引擎，请不要感到惊讶。事实上，赫尔默里希及其同事在他们的论文中也暗示了这一点。“在一篇独立的、目前正在准备中的论文中，我们发现了一种新的恒定速度曲速引擎解决方案，该解决方案没有能量条件违背，”他们说。这种解决方案在物理上的可行性还有待观察。
尽管如此，苏鲁先生肯定会印象深刻。
参考：通过 Warp Factory 分析曲速引擎时空：arxiv.org/abs/2404.03095
