打破了超光速飞行的曲速障碍

诸平

据德国哥廷根大学（University of Göttingen）提供的材料，该校埃里克·伦茨（Erik W Lentz）博士的最新研究，打破了扭曲的障碍，可以实现比光速更快的旅行：新的理论超快孤子解决方案（New theoretical hyper-fast soliton solutions）。相关研究结果已经在《经典与量子引力》（Classical and Quantum Gravity）杂志网站发表——Erik W Lentz. Breaking the warp barrier: hyper-fast solitons in Einstein–Maxwell-plasma theory. Classical and Quantum Gravity, 2021; 38 (7): 075015 DOI: 10.1088/1361-6382/abe692. 此研究结果之前曾经在预印本网站（arXiv:2006.07125 [gr-qc]）上公开。上图是太空旅行抽象概念例证图象。

如果将有可能在一个人的一生中旅行到遥远的恒星，那么就必须找到一种比光速快的推进方式。迄今为止，即使是最近基于爱因斯坦广义相对论（Einstein's theory of general relativity）的关于超光速（superluminal）传输的研究，也将需要大量具有“奇特”物理性质（例如负能量密度）的假想粒子和物质状态。目前无法找到这种物质，或者无法以可行的数量制造这种物质。相比之下，哥廷根大学进行的新研究通过使用仅具有正能量的源构造新的超高速“孤子（solitons）”来解决这个问题，该正能量可以使任何速度的旅行。这引发了关于基于常规物理学的比光速行进更快的可能性的争论。这项研究发表在《经典与量子引力》（Classical and Quantum Gravity）杂志。

该论文的作者埃里克·伦茨（Erik W Lentz）博士分析了现有研究，并发现了以前的“翘曲驱动（warp drive）”研究中的差距。埃里克·伦茨注意到，存在一些尚待探索的时空曲率配置，它们被组织为“孤子”，它们有可能在物理上可行的同时解决难题。孤子也非正式地被称为“翘曲泡（warp bubble）”是一种紧凑的波，可保持其形状并以恒定速度运动。埃里克·伦茨推导了未探索的孤子构造的爱因斯坦方程（Einstein equations for unexplored soliton configurations），其中，时空度量的位移矢量分量服从双曲线关系，发现改变后的时空几何形状甚至可以以常规能源工作。

从本质上说，这种新方法利用了孤子的时空结构，为超光速旅行提供了解决方案。与其他研究不同的是，超光速旅行只需要具有正能量密度的能源即可。不需要“奇异的”负能量密度。

如果能够产生足够的能量，则本研究中使用的方程式将允许太空旅行到我们最近的恒星——比邻星（Proxima Centauri），并在数年而不是数十年或数千年的时间内返回地球。这意味着一个人可以一生中往返于地球和比邻星之间，实现太空之旅的梦想。相比之下，当前的火箭技术单程将花费超过5万年的时间。

此外，孤子(翘曲气泡)被配置成包含一个具有最小潮汐力的区域，这样孤子内部的时间与外部的时间相匹配:这是航天器的理想环境。这意味着不会有所谓的“孪生佯谬（twin paradox）”的并发症,在这种情况下，一个以光速行进的双胞胎的年龄要比留在地球上的另一对双胞胎的寿命要缓慢得多。事实上,根据最近的方程当团聚时两对双胞胎的年龄是相同。

埃里克·伦茨说：“这项工作使光速旅行的问题远离了基础物理学的理论研究，而更接近于工程学。下一步是弄清楚如何将所需的天文能量降低到当今的技术，例如大型现代化核裂变发电厂。这样，我们就可以讨论建造第一个原型的问题。”

目前，这种新型空间推进驱动器所需的能量仍然很大。埃里克·伦茨解释说：“这种驱动器以光速行进，半径为100 m的航天器所需要的能量，大约是木星质量的数百倍。能量的节省需要大幅度地减少，大约需要降30数量级，才能在现代核裂变反应堆的范围之内。” 他继续说：“幸运的是，在早期的研究中提出了几种节能机制，可以将所需的能量降低近60个数量级。” 埃里克·伦茨目前处于确定是否可以修改这些方法，或是否需要新机制将所需能量降低到当前可能水平的早期阶段。上述介绍仅供参考，更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道。

[Submitted on 12 Jun 2020 (v1), last revised 10 Aug 2020 (this version, v2)]

Breaking the Warp Barrier: Hyper-Fast Solitons in Einstein-Maxwell-Plasma Theory

Erik W. Lentz

Solitons in space--time capable of transporting time-like observers at superluminal speeds have long been tied to violations of the weak, strong, and dominant energy conditions of general relativity. The negative-energy sources required for these solitons must be created through energy-intensive uncertainty principle processes as no such classical source is known in particle physics. This paper overcomes this barrier by constructing a class of soliton solutions that are capable of superluminal motion and sourced by purely positive energy densities. The solitons are also shown to be capable of being sourced from the stress-energy of a conducting plasma and classical electromagnetic fields. This is the first example of hyper-fast solitons resulting from known and familiar sources, reopening the discussion of superluminal mechanisms rooted in conventional physics.

Submission history

From: Erik Lentz [view email]
[v1] Fri, 12 Jun 2020 12:33:05 UTC (6,896 KB)
[v2] Mon, 10 Aug 2020 14:55:58 UTC (5,323 KB)