（来源：中国航空报）

　　最初的曲速泡看起来像一个光滑的球体。新的设计将能量分成一个个独立的圆柱形管状结构，就像一个个小型引擎舱，末端呈锥形。这使得科学家能够控制能量的使用位置和方式，而不是像以前那样形成一个模糊的大环。　　一项新的曲速引擎研究提出了一种新型分段式设计，有望规避数十年前原始概念中的诸多问题，使超高速太空旅行的实现更进一步。　　1994年，墨西哥物理学家米格尔·阿库别瑞（Miguel Alcubierre）在一篇里程碑式的论文中首次阐述了曲速引擎的概念，为广义相对论框架下的超高速旅行提供了科学依据。　　虽然曲速引擎的概念最初是在科幻作品描绘的未来世界中广为人知，但阿库别瑞将这一想法付诸笔端，把虚构的概念转化为现实——一个未来或许可以通过先进工程技术实现的概念。　　阿库别瑞当时写道：“由此产生的扭曲让人联想到科幻小说中的‘曲速引擎’”，但他补充说：“就像虫洞一样，需要奇异物质才能产生像这里讨论的那种时空扭曲。”　　当下的曲速引擎还只是阿库别瑞提出的时空数学模型，通过压缩前方时空、膨胀后方时空形成曲速泡，使飞船在局域平坦时空中实现超光速航行。该理论遵守广义相对论框架，飞船处于自由落体状态且不受狭义相对论效应影响。该模型需要负能量维持，初始理论所需能量约与太阳质量相当。　　自曲速引擎理论发表以来，该理论研究发展迅速。后续研究中，荷兰乌得勒支大学教授克里斯·范·登·布罗克（Chris Van Den Broeck）通过缩小曲速泡表面积降低能量需求，俄罗斯物理学家谢尔盖·克拉斯尼科夫（Sergey Krasnikov）将其缩减至毫克级。西班牙物理学家佩德罗·F·冈萨雷斯-迪亚兹（González-Díaz）引入封闭类时曲线解决量子不稳定性问题。2021年的研究提出无需负能量的曲速泡模型，但驱动数米仍需木星量级能量。　　美国国家航空航天局（NASA）在2012年“百年星舰”研讨会上将其列为潜在星际航行技术，并启动曲率场干涉仪实验室测试。2024年，一组物理学家发表的论文论述了曲速泡坍塌会产生引力波信号，可能会被地球探测器捕捉。由此，美国重大基础科学设施——激光干涉引力波天文台（LIGO）的一个隐蔽用途浮出水面。　　自上世纪90年代起，NASA的航空航天工程师兼应用物理学家哈罗德·怀特一直在努力解决阿库别瑞最初提出的问题。怀特是第一位也是目前唯一一位为NASA研究曲速引擎的科学家，他因改进阿库别瑞的研究成果而闻名，他降低了创建阿库别瑞—怀特曲速度量所需的能量，使其虽然仍处于理论阶段，但似乎更容易实现。　　如今，怀特和他在卡西米尔空间研究所的同事们提出了一种大胆的超光速曲速引擎几何结构的重新构想，用一组离散的圆柱形结构（称为曲速引擎舱）取代了传统的平滑“曲速环”，正如他和他的同事在一篇新论文中所描述的那样。　　怀特以阿库别瑞提出的时空“曲速泡”理论为基础，引入了一个新的框架，该框架能够将奇异能量精确地注入可调谐的、类似引擎的结构中，同时保持泡体内部的稳定，并使其适宜未来飞行员居住。　　怀特表示：“这项研究的结果表明，存在一种新型的曲速泡几何结构，其内部平坦，并且在结构上被分割成圆柱形的‘引擎舱’。”然而，怀特对曲速引擎概念的最新诠释，与科幻作品中的原型并非仅仅是表面上的相似。怀特表示，与科幻作品中引擎的相似，反映了物理需求与工程设计之间潜在的融合，科幻作品中的架构为实现真正的曲速引擎配置提供了切实可行的途径。奇异能量的运用　　在阿库别瑞最初的模型中，他设想的宇宙飞船由一个环绕飞船的甜甜圈状“负能量”环构成。与爱因斯坦的广义相对论一致，这种概念推进方式需要大量的奇异物质，并产生强烈的空间梯度，这可能导致极端的潮汐力，甚至可能在气泡壁上造成灾难性的粒子加速。　　2021年12月，怀特和他的团队报告发现了一个小规模的理论曲速气泡，它类似于超光速旅行的量子层面模型。虽然它并非能够驱动宇宙飞船的真正“曲速气泡”，但怀特表示，这代表着在微观尺度上探索这一概念的第一步。相比之下，怀特近期的理论工作并非基于量子尺度，而是仍然沿用经典广义相对论的时空几何模型。　　怀特说：“我们发表在《经典与量子引力》上的新作，对这一想法进行了更为严谨和完整的数学探索，它推广了这一概念，并展示了如何将曲速泡设计成更符合逻辑且更便于航天器运行的体积，而不是仅仅依赖于最初的球形几何结构。”　　这项最新研究重新审视了以往理论工作中讨论过的局限性，它将光滑的曲速环重新构想为一系列圆柱形能量通道，这些通道像科幻飞船上常见的引擎舱一样围绕着气泡分布。　　怀特及其团队运用ADM 3+1形式体系（数值相对论中的常用框架），对原始阿库别瑞气泡和新的“内部扁平圆柱形引擎舱”构型的相关特征进行了数学计算。　　怀特解释道：“ADM 3+1是一个强大的框架，因为它允许我们像工程师处理动态系统那样处理时空。ADM不再处理一个不可分割的四维实体，而是将时空分解为描述瞬时几何形状的三维空间切片，以及描述这些切片如何随时间变化的一维演化分量。对于空间扭曲而言，这种分解方法使我们能够直接控制关键要素。时间流逝函数设定了气泡内部的时钟速率。位移矢量控制着空间在飞行器周围的流动方式。空间度量决定了曲率轮廓。”　　怀特及其合作者认为，他们工作的总体目标是在确保空间扭曲气泡内部尽可能保持稳定的同时，促进飞行器的功能性运行。完善概念性曲速引擎　　曲速泡的基本形状已初步确定。一旦最终定型，其中心将保持平坦，所需能量则分配到环绕中心的多个独立引擎状舱体中。这些舱体的末端结构经过特殊设计，使得空间仅在这些区域内弯曲，从而保　　持内部的稳定和平静，而外部几何结构则负责驱动引擎。　　“没有潮汐力，零重力，飞船上的时钟与任务控制中心的时钟同步。”怀特解释道，并指出最终的设计“非常理想，也是阿库别瑞度规的一个显著特征”。　　最初的可视化效果类似于一个由奇异能量构成的甜甜圈状环。然而，修改后的设计将这个环分割成几个环绕曲速泡的管状舱。每个管状舱在局部弯曲空间中发挥着各自的作用，最终呈现出的效果更像是独立的推进单元，而非一个连续的环。　　怀特强调，他的方法与相对论相符，并未依赖于推测性的新物理学。他表示，转变在于几何学——以及如果奇异物质成为可能，曲速泡未来可能如何“构建”。他的研究还表明，更平滑的梯度和分段结构可以缓解与阿库别瑞最初概念相关的一些安全隐患。　　当然，许多人会想知道，这种策略最终是否能指导真正曲速飞船推进系统的设计。不过，怀特表示，即便真有那么一天，也还遥遥无期。曲速推进物理学仍处于起步阶段，要确定如何在实验室中实现类似的技术，所以还有很多工作要做。　　尽管实际应用仍遥遥无期，但怀特及其同事的研究为曲速引擎理论家们指明了新的方向，并为潜在的可工程化几何结构提供了更清晰的路径。通过调整这些曲速引擎舱的数量、宽度和长度，未来的研究人员或许能够探索出比早期模型中　　提出的方案更可靠、模块化且在物理上更可行的曲速引擎构型。　　怀特及其同事的新论文《内部扁平圆柱形机舱翘曲气泡：推导及与阿库别瑞模型的比较》于2025年12月8日发表在《经典与量子引力》期刊上。 （航柯）