當(dāng)我們仰望星空，總會(huì)對(duì)宇宙的浩瀚充滿向往。但星際間的距離卻像一道難以逾越的鴻溝，離太陽(yáng)系最近的比鄰星也有 4.2 光年之遙。

若以目前最快的航天器速度飛行，到達(dá)那里需要數(shù)萬(wàn)年，這讓星際旅行顯得遙不可及。不過(guò)，科學(xué)家們提出的曲速引擎和蟲(chóng)洞概念，為人類實(shí)現(xiàn)超光速星際旅行帶來(lái)了曙光。這兩種方式并非違反相對(duì)論，而是通過(guò)巧妙利用時(shí)空特性，讓我們有望突破光速限制，真正邁向星辰大海。

要理解這兩種超光速旅行方式，首先需要明確相對(duì)論對(duì)光速的限制。

愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論告訴我們，任何具有靜止質(zhì)量的物體都無(wú)法達(dá)到或超過(guò)光速。當(dāng)物體速度接近光速時(shí)，其質(zhì)量會(huì)急劇增加，趨近于無(wú)窮大，所需的能量也會(huì)變得無(wú)窮大，這在現(xiàn)實(shí)中根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)推進(jìn)方式依賴于反作用力加速，必然受到這一限制，因此要實(shí)現(xiàn)星際旅行，必須另辟蹊徑。而廣義相對(duì)論揭示的時(shí)空可塑性，為我們提供了全新的思路 —— 不是讓飛船本身超越光速，而是通過(guò)改變時(shí)空結(jié)構(gòu)來(lái)縮短旅行距離或改變運(yùn)動(dòng)方式。

曲速引擎的概念最早由墨西哥物理學(xué)家米格爾?阿爾庫(kù)比耶雷于 1994 年提出，它的核心原理是通過(guò)扭曲飛船周圍的時(shí)空，讓飛船 “乘著” 時(shí)空波浪前進(jìn)。

我們可以用一個(gè)形象的比喻來(lái)理解：把宇宙時(shí)空想象成一張平坦的橡膠薄膜，當(dāng)我們?cè)诒∧ど戏胖靡粋€(gè)重物時(shí)，薄膜會(huì)向下凹陷，這就是引力引起的時(shí)空彎曲。

曲速引擎的工作原理類似，它會(huì)在飛船前方壓縮時(shí)空，使空間距離縮短，同時(shí)在飛船后方拉伸時(shí)空，形成一個(gè)包裹著飛船的 “曲速泡”。飛船處于曲速泡中，相對(duì)于局部時(shí)空保持靜止，卻能隨著時(shí)空結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)快速前進(jìn)。

從外部觀察者的視角來(lái)看，曲速泡中的飛船速度可以輕松超越光速，但這并不違反狹義相對(duì)論，因?yàn)轱w船本身在局部時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)速度并未超過(guò)光速，而是時(shí)空結(jié)構(gòu)本身在移動(dòng)。

根據(jù)阿爾庫(kù)比耶雷的理論模型，曲速泡的移動(dòng)速度理論上沒(méi)有上限，這意味著利用曲速引擎，人類可以在極短時(shí)間內(nèi)跨越數(shù)光年的距離。比如前往比鄰星，可能只需幾個(gè)月甚至更短時(shí)間，這將徹底改變星際旅行的時(shí)間概念。

曲速引擎的理論基礎(chǔ)源于廣義相對(duì)論的場(chǎng)方程，愛(ài)因斯坦的方程允許時(shí)空結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮和膨脹，阿爾庫(kù)比耶雷通過(guò)求解場(chǎng)方程，找到了能產(chǎn)生曲速泡的時(shí)空幾何結(jié)構(gòu)。不過(guò)，這種結(jié)構(gòu)需要一種特殊的 “奇異物質(zhì)” 來(lái)維持，這種物質(zhì)具有負(fù)質(zhì)量或負(fù)能量密度，能產(chǎn)生排斥引力的效果，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)空的壓縮與拉伸。

雖然負(fù)質(zhì)量物質(zhì)在日常生活中從未被發(fā)現(xiàn)，但量子力學(xué)中的卡西米爾效應(yīng)為其存在提供了理論依據(jù) —— 在真空中放置兩塊平行金屬板，由于量子漲落，板間會(huì)產(chǎn)生微弱吸引力，等效于存在負(fù)能量密度區(qū)域。

然而，曲速引擎的實(shí)現(xiàn)面臨著巨大挑戰(zhàn)。首先是奇異物質(zhì)的獲取，維持曲速泡所需的負(fù)能量密度極大，早期計(jì)算顯示，承載小型飛船的曲速泡可能需要相當(dāng)于整個(gè)太陽(yáng)系質(zhì)量的負(fù)能量物質(zhì)，這在目前看來(lái)遙不可及。

其次，曲速引擎可能引發(fā)因果律問(wèn)題，理論上曲速泡可實(shí)現(xiàn)時(shí)間旅行，導(dǎo)致 “祖父悖論” 等邏輯矛盾。此外，曲速泡前后的時(shí)空扭曲會(huì)聚集大量高能粒子，減速時(shí)釋放的能量可能摧毀飛船和目的地。不過(guò)，2019 年有研究團(tuán)隊(duì)提出改良設(shè)計(jì)，大幅降低了所需負(fù)能量物質(zhì)數(shù)量，讓這一概念向現(xiàn)實(shí)邁進(jìn)了一步。

與曲速引擎通過(guò)扭曲時(shí)空前進(jìn)不同，蟲(chóng)洞是理論上連接宇宙中兩個(gè)遙遠(yuǎn)時(shí)空點(diǎn)的 “時(shí)空隧道”。它的概念最早由物理學(xué)家路德維希?弗萊姆于 1916 年提出，后經(jīng)愛(ài)因斯坦和內(nèi)森?羅森發(fā)展，因此也被稱為 “愛(ài)因斯坦 - 羅森橋”。

蟲(chóng)洞的本質(zhì)是時(shí)空結(jié)構(gòu)中的 “捷徑”，就像蘋果表面的兩點(diǎn)，蟲(chóng)子打穿蘋果形成的隧道比沿表面爬行的距離短得多。通過(guò)蟲(chóng)洞，飛船可以瞬間從宇宙一端到達(dá)另一端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超光速的星際旅行。

蟲(chóng)洞的理論依據(jù)同樣來(lái)自廣義相對(duì)論的場(chǎng)方程，愛(ài)因斯坦的方程允許時(shí)空存在多連通結(jié)構(gòu)，蟲(chóng)洞就是這種結(jié)構(gòu)的典型代表。它由兩個(gè)連接不同時(shí)空區(qū)域的 “洞口” 和中間的 “咽喉” 組成，洞口通常呈球形，飛船從一個(gè)洞口進(jìn)入，穿過(guò)咽喉后從另一個(gè)洞口穿出，從而跨越巨大空間距離。

更神奇的是，蟲(chóng)洞不僅能連接空間上的遙遠(yuǎn)區(qū)域，理論上還能連接不同時(shí)間點(diǎn)，這意味著通過(guò)蟲(chóng)洞可能實(shí)現(xiàn)時(shí)間旅行。

但天然蟲(chóng)洞即使存在，也可能極其微小且不穩(wěn)定。量子力學(xué)理論認(rèn)為，宇宙誕生初期的量子漲落中可能形成了大量微型蟲(chóng)洞，但它們的尺寸僅為普朗克長(zhǎng)度（約 10?3?米），且會(huì)瞬間閉合消失。要讓蟲(chóng)洞適合星際旅行，需要將其 “撐開(kāi)” 并維持穩(wěn)定，這同樣依賴具有負(fù)能量密度的奇異物質(zhì)。負(fù)能量物質(zhì)產(chǎn)生的排斥力能對(duì)抗蟲(chóng)洞自身的引力坍縮，保持隧道開(kāi)放。但撐開(kāi)宏觀蟲(chóng)洞所需的負(fù)能量物質(zhì)數(shù)量極其龐大，可能需要相當(dāng)于整個(gè)星系的質(zhì)量，這在當(dāng)前技術(shù)水平下完全無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

蟲(chóng)洞的穩(wěn)定性也是關(guān)鍵問(wèn)題，即使成功撐開(kāi)蟲(chóng)洞，物質(zhì)穿過(guò)時(shí)的微小擾動(dòng)都可能導(dǎo)致蟲(chóng)洞劇烈震蕩并迅速閉合。

科學(xué)家推測(cè)可能需要特殊 “奇異物質(zhì)” 加固咽喉部分，但這種物質(zhì)的性質(zhì)和獲取方式仍是未解之謎。此外，蟲(chóng)洞的另一端連接何處，是宇宙其他區(qū)域還是平行宇宙，目前僅停留在猜測(cè)階段，缺乏觀測(cè)證據(jù)。

盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，科學(xué)家們從未停止探索。近年來(lái)，曲速引擎研究通過(guò)優(yōu)化時(shí)空幾何模型，發(fā)現(xiàn)某些設(shè)計(jì)可大幅減少負(fù)能量物質(zhì)需求，甚至可能利用量子真空能量驅(qū)動(dòng)曲速泡。

在蟲(chóng)洞研究中，科學(xué)家將量子力學(xué)與廣義相對(duì)論結(jié)合，提出 “量子蟲(chóng)洞” 概念，認(rèn)為量子糾纏可能與蟲(chóng)洞存在深刻聯(lián)系，為理解和構(gòu)建蟲(chóng)洞提供了新視角。

從現(xiàn)實(shí)來(lái)看，曲速引擎和蟲(chóng)洞目前仍處于理論探索階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有漫長(zhǎng)道路。但歷史上許多曾被視為幻想的科學(xué)概念最終都成為現(xiàn)實(shí)，一百年前人類無(wú)法想象登月，而 1969 年這一夢(mèng)想成真。或許未來(lái)幾百年甚至幾千年后，隨著人類對(duì)時(shí)空本質(zhì)的深入理解和技術(shù)進(jìn)步，曲速引擎和蟲(chóng)洞將從科幻走向現(xiàn)實(shí)，成為人類探索宇宙的常規(guī)工具。