研究人员模拟了科幻小说里曲速驱动器坍缩时发出的引力波

曲速驱动器是科幻小说的主要内容，原则上可以推动飞船以超过光速的速度前进。遗憾的是，在实际应用中，曲速驱动器的构造存在很多问题，比如需要一种具有负能量的奇异物质。曲速驱动器的其他问题还包括，利用它有可能创造出违反因果关系的封闭时间曲线，以及从更实际的角度来看，飞船中的人在实际控制和关闭气泡时遇到的困难。

这项新研究是伦敦玛丽女王大学、波茨坦大学、波茨坦马克斯-普朗克引力物理研究所（MPI）和卡迪夫大学的引力物理学专家合作的成果。虽然它并没有声称已经破解了曲速驱动器代码，但它利用数值模拟探索了曲速驱动器"遏制失效"的理论后果。

在 v = 0.1 的情况下，韦尔标量Ψ4 的实部随时间的演变。这个量提供了时空曲率的度量，在远区，可以与时空的引力波内容相识别。在最后两幅图中，我们看到引力波辐射从翘曲气泡的坍缩残余物中迸发出来。资料来源：K. Clough（伦敦大学玛丽皇后学院）

该研究的第一作者、伦敦玛丽皇后大学的凯蒂-克拉夫博士解释说："尽管曲速驱动器是纯理论的，但它们在爱因斯坦的广义相对论中有明确的描述，因此数值模拟使我们能够探索它们可能以引力波的形式对时空产生的影响"。

共同作者、卡迪夫大学物理和天文学院的塞巴斯蒂安-汗博士补充说："Miguel Alcubierre 于 1994 年在卡迪夫大学攻读博士学位期间创造了第一个曲速驱动器解决方案，随后在波茨坦的 MPI 工作。因此，我们在引力波天文学时代继承曲速驱动研究的传统是很自然的。"

结果令人着迷。坍缩的曲速驱动器会产生明显的引力波爆发，这种时空涟漪可以被通常以黑洞和中子星合并为目标的引力波探测器探测到。与天体合并产生的啁啾声不同，这种信号是一种短时间、高频率的爆发，因此目前的探测器无法捕捉到它。不过，未来的高频率仪器可能会捕捉到，虽然目前还没有此类仪器获得资助，但制造此类仪器的技术已经存在。这就提出了利用这些信号来寻找翘曲驱动技术证据的可能性，即使我们自己无法制造它。

汗博士提醒说："在我们的研究中，时空的初始形状是阿尔库比耶尔描述的翘曲气泡。虽然我们能够证明，未来的探测器原则上可以发现可观测的信号，但鉴于这项工作的推测性质，这不足以推动仪器的开发。"

这项研究还深入探讨了塌缩曲速驱动器的能量动力学。坍缩过程会发出负能量物质波，然后是交替出现的正负电波。这种复杂的舞动会导致系统整体能量的净增加，原则上，如果发出的波与正常物质相互作用，就会提供坍缩的另一个特征。

这项研究推动了我们对奇异时空和引力波的认识。迪特里希教授评论道："对我来说，这项研究最重要的方面是对负能量时空的动力学进行精确建模的新颖性，以及将这些技术推广到物理情境的可能性，这可以帮助我们更好地理解宇宙的演化和起源，或避免黑洞中心出现奇点"。

克拉夫博士补充说："这提醒我们，理论思想可以推动我们以新的方式探索宇宙。尽管我们对看到任何东西的可能性持怀疑态度，但我确实认为它足够有趣，值得一看！"

研究人员计划研究信号如何随不同的曲速驱动模型而变化，并探索以超过光速本身的速度飞行的气泡的坍塌问题。翘速可能还很遥远，但了解宇宙秘密的探索仍在继续。

编译自/ScitechDaily