曲速驅動器可以在宇宙中發送引力波

未來的人類會使用曲速驅動器來探索宇宙嗎？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，但它們確實有科學依據。一篇新論文研究了它們背后的科學，并詢問曲速驅動器收容故障是否會發出可檢測的引力波.

這篇論文的標題是”以前沒有人見過的：曲速驅動器坍縮產生的引力波形。“ 作者是來自英國和德國機構的物理學家Katy Clough，Tim Dietrich和Sebastian Khan。

在廣義相對論中，曲速驅動器是有空間的，墨西哥物理學家米格爾·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。他在太空和物理學界廣為人知阿爾庫比爾驅動器.

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

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

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

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

首先要了解曲速驅動器的工作原理，為此，我們必須深入研究物理學。

“曲速驅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大其后的時空來穿越比光速更快的距離（由一些遙遠的觀察者測量），“ 澎湃新聞國家.

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

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

這是因為船員無法向船前部發送信號。氣泡內的事件很難影響曲速氣泡外的事件，因為本文對此進行了解釋。

“從動態模擬曲速驅動器的角度來看，關鍵挑戰是穩定性，”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。

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

雖然不穩定性是曲速驅動器的主要障礙，但它也可能使它們被檢測到。如果 Alcubierre Drive 達到恒定速度，則無法檢測到。它不產生引力波，也沒有ADM質量。ADM 代表 Arnowitt-Deser-Misner，以三位物理學家的名字命名。我會把它留給好奇的讀者閱讀更多關于ADM質量.

但是，只有當曲速驅動器恒定且穩定時，它才能被檢測到。一旦它發生故障、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，”他們寫.

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

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

“信號以爆發的形式出現，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，盡管曲速驅動器會產生GW信號，但它超出了我們當前地面探測器的頻率范圍。

“已經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行限制，”他們寫.飛船本身也可以發送某種類型的多信使信號，但很難知道飛船的物質如何與常規物質相互作用。

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

這是一個有趣的思想實驗。在遙遠的將來的某一天，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暗物質和暗能量.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知識。

如果他們已經弄清楚了如何構建和使用曲速驅動器，即使它看起來是不可能的，他們的活動可能會產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，”作者寫在他們的結論中。“需要進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，一些好奇的物理學家將繼續研究這個問題。

本文最初發表于今天的宇宙.閱讀原文.

寶寶起名 起名