走进科学
超光速旅行有可能实现吗
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早在克林贡帝国反击，星际联邦联合之前，艾萨克·阿西莫夫(当代美国著名小说家)撰写了记录银河帝国由盛转衰史诗故事的Foundation。阿西莫夫的帝国由两千五百万个星球组成，它们由在银河系中穿梭的飞船紧密联系起来。
那么这些飞船使如何穿越星际的呢？很明显，阿西莫夫在他的Foudation中解释为通过在多维宇宙中跃迁实现：
在三维空间中是不可能以超过光速的速度航行的…这意味着即使是十分临近的两个可居住星球之间的移动也需要数年的时间。而高维空间是一个难以想象出的领域，它既不是空间或时间，也不是能量，或许存在什么或者什么都没有。通过高维空间，我们可以在一瞬间穿过整个银河系的长度。
妈蛋，阿西莫夫到底再讲什么鬼！他知道什么是超光速旅行的秘密理论吗？他确实一点也不懂，阿西莫夫使用了一项伟大的科幻界传统：当在写小说时写到一个情节不符合现实中已存在的理论时，无视理论随便瞎编点啥用罗曼糊弄过去吧。
你永远也无法打败光速
事实上，超光速旅行是不可能的，建立银河帝国，联邦，联盟或者任何可以横跨银河系的文明都是不可能的。但这也太不浪漫了，为了避开宇宙速度极限的限制，科幻界创造了“曲速引擎”“高维空间”“子空间”以及其他的如今已经广为人知的词语，当看到这些词语时，标准的科幻迷肯定不会把它们想成别的涵义。
宇宙速度极限是由光决定的
我们为什么就是没办法超过光速呢？人们讨论的“音障”是指：物体速度超越音速时打破的屏障，但光速是一个更难超越的屏障。科学家们在19世纪发展了光的理论，它带来了一个特别的谜题：光的理论看起来告诉我们每一个观察者应该会测量出相同的光速，即186,000英里每秒。但这意味着如果你试图抓住一束光，不论你跑的多快，光束将始终以186,000英里每秒的速度远离你。并且更令人惊奇的是如果你以99%的光速移动，而你的朋友仍然站在原地，你们俩人都将观测到完全相同的光速。
当时的许多科学家并不十分相信这个奇怪的预测，美国物理学家阿尔伯特·迈克耳孙(以及他的合作者爱德华·莫理)开始测量由于地球在宇宙中的动量变化而导致的光速变化。但他们有名的Michelson-Morley experiment 迈克耳孙-莫雷实验发现光速并没有任何改变。从它们和地球的运动方向相同或相反方面，光速将会始终不变，而从另外一些方面——这可是一个罕见的没有发现比有发现更重要的例子。
爱因斯坦和相对论
爱因斯班没有试着去解释使什么导致光的这种诡异的性质，而是仅仅试着去接受它。他建立了一整套理论，称作special relativity狭义相对论，它的中心思想是不论任何人以任何速度相对于光移动着，他们测量出的光速都是相同的，。为了使光合理的拥有这种行为，爱因斯坦的理论预言时间和空间会因为某人以不断增长的速度移动分别被拉长和压缩。并且狭义相对论产生了宇宙速度极限：任何物体的速度都不可能超过光速。
相对论是所有现代物理的基石，我们没有理由去怀疑它——没有人观察到能超光速运动的物体。这里有一个需要注意的小细节“爱因斯坦所指的速度极限是光在真空中的速度。当光穿过例如水或玻璃的材料时，它的速度会减慢，这就物体使超过这个减慢的速度成为可能——所以，极限速度当然得取决于真空中的光速。任何物体在水中或玻璃等物体中以超光速运动会产生发光的等效音爆，被称作Čerenkov radiation切连科夫辐射。就是它使水下核反应堆发出迷人的蓝色光芒。
但是关于曲速引擎…
在所有试图摆脱爱因斯坦速度极限的努力中，看起来有道理的也许是理论物理学家Miguel Alcubierre的“曲速引擎”。Alcubierre的建议是试着不去违背宇宙极限速度，而是和它共存。试着在一个油腻的平底煎锅上倒满水，而后在水面上滴入一滴肥皂水。油滴就开始朝的锅沿那边移动(补充：首先油水不相容，但加入肥皂水之后，水面的曲率状态不再均匀，油滴由于水面曲率的变化而发生了移动)。
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Alcubierre的曲速引擎说的是就是空间其本身。Alcubierre表示通过一个合适的物质分布，你可以在你的宇宙飞船前压缩空间，之后在飞船后拉伸它，在飞船外创造一个小小的泡泡使你想移动多快就有多快。由于空间在飞船前是压缩状态，飞船将不可能绝对意义上的比光速还快。事实上，飞船对于曲速泡泡来说是相对静止的，而在飞船里的人甚至感觉不到任何的加速。让我们来谈谈平稳行驶可行吧！
这儿只有一个小小的问题…Alcubierre的空间曲速仅仅在违背“弱能量条件”时产生。科学家们无法证明弱能量条件是正确的，而违反这一条件将会产生许多奇怪的现象，比如负能量密度，虫洞和时间机器的存在可能。听起来很酷不是吗？但事实上我们从未发现任何违反弱能量条件的现象存在。所以Alcubierre曲速引擎可以说在物理学的模糊地带占据了一席之地，它并不被所有人认同，也不是完全的胡编乱造。
我们人类最终将如何抵达别的星球？写着“超光速旅行”的大门已经“砰”的在我们的面前摔上了。我们不得不开始继续寻找别的途径啦！撒~目的地使星辰大海！继续努力吧少年少女们！
# 本文由美国田纳西州大学的Robert Scherrer教授(同时也是物理与天文学系主任)
本文译自 theconversation，由 自私鬼 编辑发布。