曲速驱动器可以在宇宙中发送引力波

未来的人类会使用曲速驱动器来探索宇宙吗？我们无法消除这种可能性。但是，如果我们的远祖后代这样做了，那将不涉及二锂晶体和苏格兰口音到那时将消失在历史中。

曲速驱动器起源于有史以来最受欢迎的科幻小说系列之一，但它们确实有科学依据。一篇新论文研究了它们背后的科学，并询问曲速驱动器收容故障是否会发出可检测的引力波.

这篇论文的标题是”以前没有人见过的：曲速驱动器坍缩产生的引力波形。“ 作者是来自英国和德国机构的物理学家Katy Clough，Tim Dietrich和Sebastian Khan。

在广义相对论中，曲速驱动器是有空间的，墨西哥物理学家米格尔·阿尔库比尔（Miguel Alcubierre）在1994年描述了它们在理论上是如何工作的。他在太空和物理学界广为人知阿尔库比尔驱动器.

每个人都知道，没有任何物体的行进速度可以超过光速。但曲速驱动器可能会提供一种解决方法。通过扭曲时空本身，具有曲速驱动器的航天器不会违反超光速（FTL）规则。

“尽管起源于科幻小说，但曲速驱动器在广义相对论，Alcubierre首先提出了一个支持超光速旅行的时空指标，“作者写.

实际进行曲速驱动器存在明显的科学障碍。但是可以模拟一个人的工作方式，以及在发生故障时如何通过引力波探测到它们。曲速驱动扭曲时空本身，就像紧凑物体的二进制合并一样，例如黑洞和中子星。从理论上讲，它们可能会发出引力波信号与合并相同。

“为了搜索这些信号并在测量数据中正确识别它们，了解它们的现象和特性非常重要，”作者说解释.

首先要了解曲速驱动器的工作原理，为此，我们必须深入研究物理学。

“曲速驱动背后的主要思想是，'曲速气泡'不是直接超过局部参考系中的光速，这将违反洛伦兹不变性，而是可以通过收缩前方的时空并扩大其后的时空来穿越比光速更快的距离（由一些遥远的观察者测量），“ 澎湃新闻国家.

第一个障碍是曲速驱动器需要零能量条件 （NEC）。物理学指出，空间区域不能具有负能量密度。有理论上的解决方法，但就目前而言，它们都不实用。

“曲速驱动指标的其他问题包括闭合时间曲线的可能性，以及从更实际的角度来看，船上的人在控制和停用气泡方面的困难，”作者说解释.

这是因为船员无法向船前部发送信号。气泡内的事件很难影响曲速气泡外的事件，因为本文对此进行了解释。

“从动态模拟曲速驱动器的角度来看，关键挑战是稳定性，”作者说解释.方程表明，Alcubierre Drive可以使用爱因斯坦方程启动翘曲气泡，但没有已知的方程可以维持它。

“据我们所知，没有已知的状态方程可以随着时间的推移将曲速驱动指标保持在稳定的配置中。因此，虽然人们可以要求最初，曲速气泡是恒定的，但它会迅速远离该状态，并且在大多数情况下，曲流体和时空变形将分散或坍缩成一个中心点。

虽然不稳定性是曲速驱动器的主要障碍，但它也可能使它们被检测到。如果 Alcubierre Drive 达到恒定速度，则无法检测到。它不产生引力波，也没有ADM质量。ADM 代表 Arnowitt-Deser-Misner，以三位物理学家的名字命名。我会把它留给好奇的读者阅读更多关于ADM质量.

但是，只有当曲速驱动器恒定且稳定时，它才能被检测到。一旦它发生故障、加速或减速，它就可以被检测到。在他们的工作中，作者允许曲速驱动泡沫崩溃。

“从物理上讲，这可能与后曲速文明（大概）用来支持曲速气泡防止崩溃的收容场的崩溃有关，”他们写.

在他们的表述中，船本身的性质并不重要。只有翘曲气泡和内部的翘曲流体是重要的。

研究人员模拟了翘曲气泡的分解。他们发现，坍缩产生的引力波具有与合并产生的特性不同的引力波。

“信号以爆发的形式出现，最初没有引力波成分，然后是特征频率为1 / [R]的振荡周期，”他们写.“总体而言，该信号与引力波探测器观察到的典型紧凑双星合并非常不同，更类似于不稳定坍缩等事件中子星或者两个黑洞的正面碰撞。

作者指出，尽管曲速驱动器会产生GW信号，但它超出了我们当前地面探测器的频率范围。

“已经提出了更高频率探测器的建议，因此将来，人们可能会对此类信号的存在进行限制，”他们写.飞船本身也可以发送某种类型的多信使信号，但很难知道飞船的物质如何与常规物质相互作用。

“由于我们不知道用于构建曲速飞船的物质类型，我们不知道它在宇宙中传播时是否会与正常物质相互作用（除了引力），”研究人员说解释.

这是一个有趣的思想实验。在遥远的将来的某一天，可能会存在某种类型的 FTL 旅行解决方法。如果是这样，它可能与更好地理解有关暗物质和暗能量.如果存在任何ETI，它们可能能够利用我们尚不具备的宇宙基础知识。

如果他们已经弄清楚了如何构建和使用曲速驱动器，即使它看起来是不可能的，他们的活动可能会产生我们未来的天文台可以探测到的引力波，即使在其他星系中也是如此。但就目前而言，这一切都是理论上的。

“我们警告说，获得的波形可能与所采用的模型高度特异性，该模型有几个已知的理论问题，如引言中所述，”作者写在他们的结论中。“需要进一步的工作来了解签名的通用性，并正确表征它们的可检测性。

毫无疑问，一些好奇的物理学家将继续研究这个问题。

本文最初发表于今天的宇宙.阅读原文.

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