曲速驅(qū)動器可以在宇宙中發(fā)送引力波

未來的人類會使用曲速驅(qū)動器來探索宇宙嗎？我們無法消除這種可能性。但是，如果我們的遠(yuǎn)祖后代這樣做了，那將不涉及二鋰晶體和蘇格蘭口音到那時將消失在歷史中。

曲速驅(qū)動器起源于有史以來最受歡迎的科幻小說系列之一，但它們確實(shí)有科學(xué)依據(jù)。一篇新論文研究了它們背后的科學(xué)，并詢問曲速驅(qū)動器收容故障是否會發(fā)出可檢測的引力波.

這篇論文的標(biāo)題是”以前沒有人見過的：曲速驅(qū)動器坍縮產(chǎn)生的引力波形。“ 作者是來自英國和德國機(jī)構(gòu)的物理學(xué)家Katy Clough，Tim Dietrich和Sebastian Khan。

在廣義相對論中，曲速驅(qū)動器是有空間的，墨西哥物理學(xué)家米格爾·阿爾庫比爾（Miguel Alcubierre）在1994年描述了它們在理論上是如何工作的。他在太空和物理學(xué)界廣為人知阿爾庫比爾驅(qū)動器.

每個人都知道，沒有任何物體的行進(jìn)速度可以超過光速。但曲速驅(qū)動器可能會提供一種解決方法。通過扭曲時空本身，具有曲速驅(qū)動器的航天器不會違反超光速（FTL）規(guī)則。

“盡管起源于科幻小說，但曲速驅(qū)動器在廣義相對論，Alcubierre首先提出了一個支持超光速旅行的時空指標(biāo)，“作者寫.

實(shí)際進(jìn)行曲速驅(qū)動器存在明顯的科學(xué)障礙。但是可以模擬一個人的工作方式，以及在發(fā)生故障時如何通過引力波探測到它們。曲速驅(qū)動扭曲時空本身，就像緊湊物體的二進(jìn)制合并一樣，例如黑洞和中子星。從理論上講，它們可能會發(fā)出引力波信號與合并相同。

“為了搜索這些信號并在測量數(shù)據(jù)中正確識別它們，了解它們的現(xiàn)象和特性非常重要，”作者說解釋.

首先要了解曲速驅(qū)動器的工作原理，為此，我們必須深入研究物理學(xué)。

“曲速驅(qū)動背后的主要思想是，'曲速氣泡'不是直接超過局部參考系中的光速，這將違反洛倫茲不變性，而是可以通過收縮前方的時空并擴(kuò)大其后的時空來穿越比光速更快的距離（由一些遙遠(yuǎn)的觀察者測量），“ 澎湃新聞國家.

第一個障礙是曲速驅(qū)動器需要零能量條件 （NEC）。物理學(xué)指出，空間區(qū)域不能具有負(fù)能量密度。有理論上的解決方法，但就目前而言，它們都不實(shí)用。

“曲速驅(qū)動指標(biāo)的其他問題包括閉合時間曲線的可能性，以及從更實(shí)際的角度來看，船上的人在控制和停用氣泡方面的困難，”作者說解釋.

這是因?yàn)榇瑔T無法向船前部發(fā)送信號。氣泡內(nèi)的事件很難影響曲速氣泡外的事件，因?yàn)?span>本文對此進(jìn)行了解釋。

“從動態(tài)模擬曲速驅(qū)動器的角度來看，關(guān)鍵挑戰(zhàn)是穩(wěn)定性，”作者說解釋.方程表明，Alcubierre Drive可以使用愛因斯坦方程啟動翹曲氣泡，但沒有已知的方程可以維持它。

“據(jù)我們所知，沒有已知的狀態(tài)方程可以隨著時間的推移將曲速驅(qū)動指標(biāo)保持在穩(wěn)定的配置中。因此，雖然人們可以要求最初，曲速氣泡是恒定的，但它會迅速遠(yuǎn)離該狀態(tài)，并且在大多數(shù)情況下，曲流體和時空變形將分散或坍縮成一個中心點(diǎn)。

雖然不穩(wěn)定性是曲速驅(qū)動器的主要障礙，但它也可能使它們被檢測到。如果 Alcubierre Drive 達(dá)到恒定速度，則無法檢測到。它不產(chǎn)生引力波，也沒有ADM質(zhì)量。ADM 代表 Arnowitt-Deser-Misner，以三位物理學(xué)家的名字命名。我會把它留給好奇的讀者閱讀更多關(guān)于ADM質(zhì)量.

但是，只有當(dāng)曲速驅(qū)動器恒定且穩(wěn)定時，它才能被檢測到。一旦它發(fā)生故障、加速或減速，它就可以被檢測到。在他們的工作中，作者允許曲速驅(qū)動泡沫崩潰。

“從物理上講，這可能與后曲速文明（大概）用來支持曲速氣泡防止崩潰的收容場的崩潰有關(guān)，”他們寫.

在他們的表述中，船本身的性質(zhì)并不重要。只有翹曲氣泡和內(nèi)部的翹曲流體是重要的。

研究人員模擬了翹曲氣泡的分解。他們發(fā)現(xiàn)，坍縮產(chǎn)生的引力波具有與合并產(chǎn)生的特性不同的引力波。

“信號以爆發(fā)的形式出現(xiàn)，最初沒有引力波成分，然后是特征頻率為1 / [R]的振蕩周期，”他們寫.“總體而言，該信號與引力波探測器觀察到的典型緊湊雙星合并非常不同，更類似于不穩(wěn)定坍縮等事件中子星或者兩個黑洞的正面碰撞。

作者指出，盡管曲速驅(qū)動器會產(chǎn)生GW信號，但它超出了我們當(dāng)前地面探測器的頻率范圍。

“已經(jīng)提出了更高頻率探測器的建議，因此將來，人們可能會對此類信號的存在進(jìn)行限制，”他們寫.飛船本身也可以發(fā)送某種類型的多信使信號，但很難知道飛船的物質(zhì)如何與常規(guī)物質(zhì)相互作用。

“由于我們不知道用于構(gòu)建曲速飛船的物質(zhì)類型，我們不知道它在宇宙中傳播時是否會與正常物質(zhì)相互作用（除了引力），”研究人員說解釋.

這是一個有趣的思想實(shí)驗(yàn)。在遙遠(yuǎn)的將來的某一天，可能會存在某種類型的 FTL 旅行解決方法。如果是這樣，它可能與更好地理解有關(guān)暗物質(zhì)和暗能量.如果存在任何ETI，它們可能能夠利用我們尚不具備的宇宙基礎(chǔ)知識。

如果他們已經(jīng)弄清楚了如何構(gòu)建和使用曲速驅(qū)動器，即使它看起來是不可能的，他們的活動可能會產(chǎn)生我們未來的天文臺可以探測到的引力波，即使在其他星系中也是如此。但就目前而言，這一切都是理論上的。

“我們警告說，獲得的波形可能與所采用的模型高度特異性，該模型有幾個已知的理論問題，如引言中所述，”作者寫在他們的結(jié)論中?！靶枰M(jìn)一步的工作來了解簽名的通用性，并正確表征它們的可檢測性。

毫無疑問，一些好奇的物理學(xué)家將繼續(xù)研究這個問題。

本文最初發(fā)表于今天的宇宙.閱讀原文.

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