曲率驅動
| 曲率驅動 |
曲率驅動指的是一種理論上的推進系統(theoretical propulsion system)，能讓航天器以光速，甚至超出光速數倍的速度飛行。
1994年，墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利(Miguel Alcubierre)首次提出了現實生活中曲率驅動的概念。他所設計的曲率驅動概念包括一個足球形狀的飛船，其周圍是一圈大型的環狀結構。科學解釋是宇宙空間不是平坦的而是存在曲率的。劉慈欣在他的《三體·死神永生》中便提到該概念，它對發射宇宙飛船具有重要指導作用。
目錄
基本信息
中文名稱； 曲率驅動
提出時間； 1994年
提出者； 明戈·阿爾庫貝利
科學解釋； 宇宙的空間不是平坦的存在着曲率
科學解釋
宇宙的空間並不是平坦的，而是存在着曲率(曲率為曲率半徑的倒數，曲率越大表示彎曲程度越大)，如果把宇宙的整體想象為一張大膜，這張膜的表面是弧形的，整張膜甚至可能是一個封閉的肥皂泡。雖然膜的局部看似平面，但空間曲率還是無處不在。一艘處於太空中的飛船，如果能夠利用某種方式把它後面的一部分空間燙平，減小其曲率，那麼飛船就會被前方曲率更大的空間拉過去，這就是曲率驅動。
一個物理原理類似的實驗可以讓曲率驅動變得通俗易懂。首先，用紙折出一隻小船，然後在小船尾部穿一個孔，塞入一塊肥皂，放到水中，你會發現，小船在自動往前航行。這是因為肥皂溶解於水，降低了後方的水面張力，小船則被前方較大的張力拉過去。曲率驅動與此相似，減少飛船後方的曲率，飛船便會被前方更大的空間拖動。
提出
這一環狀結構設想是用某種奇異的物質建造的，它可以讓時空在圍繞飛船的四周發生彎曲，從而在其面前形成一個縮小版的空間，以及在其後方膨脹了的空間。與此同時，飛船本身將停留在由平滑時空組成的"氣泡"內，這裡的時空曲率不受影響。然而後續進行的計算顯示這樣一種裝置將需要無法達到的極高能量才能實現。
研究進展
2012年，物理學家哈羅德·懷特將圍繞飛船的那個環狀結構從原先設計中的扁平狀改為甜甜圈那樣的"圓筒形"，計算的結果顯示這樣一個裝置的驅動所需能量相當於美國宇航局在1977年發射的旅行者號探測器那樣的質量按照質能方程轉化得到的能量值。另外，懷特還發現如果空間彎曲的強度可以隨時間發生起伏變化，那麼實現這一裝置所需的能量將進一步減少。
懷特和他的同事們在實驗室里實驗了他們的小型曲率驅動裝置，並在約翰遜空間飛行中心建立了一套被稱作"懷特-朱迪曲率場干涉儀"的裝置。簡單地說基本就是使用一束激光來觸發時空在微觀尺度上的扭曲。這一想法將有希望讓這一科學理論成為真正的現實。
產生過程
這個宇宙的空間並不是平坦的，而是存在着曲率，如果把宇宙的整體想象為一張大膜，這張膜的表面是弧形的，整張膜甚至可能是一個封閉的肥皂泡，雖然膜的局部看似平面，但空間曲率還是無處不在。
曾出現過許多極富野心的宇宙航行設想，其中之一就是空間摺疊、設想把大範圍空間的曲率無限增大，像一張紙一樣對摺，把"紙面"上相距千萬光年的遙遠的兩點貼在一起。這個方案嚴格來說不應稱為宇宙航行，而應該叫做"宇宙拖曳"，因為它實質上並不是航行到目的地，而是通過改變空間曲率把目的地拖過來。這種氣吞宇宙的事只有上帝才做得出來，如果加上基礎理論的限制，可能上帝也不行。對於利用空間曲率航行，後來又出現了一個溫和的設想，一艘處於太空的飛船如果能用某方式把它後面的一部分空間"熨平"， 減小這部分空間的曲率，那麼飛船就會被前方曲率較大的空間拉過去，這就是曲率驅動。
媒體報道
據國外媒體報道，藉助曲率驅動實現超光速的飛行，這是一種由於科幻電影《星際迷航》而變得流行一時的概念。科學家們認為這一技術可能並非如原先想象的那麼難以實現。
所謂曲率驅動的概念就是指通過對時空本身的改造來驅動飛船，利用物理學定律中的漏洞來打破光速不可超越的限制。1994年墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利(Miguel Alcubierre)首次提出了現實生活中曲率驅動的概念。然而後續進行的計算顯示這樣一種裝置將需要無法達到的極高能量才能實現。
物理學家們表示，原先的曲率驅動模式可以進行改造，從而讓它可以用比原先計算少得多的能量條件下實現運行，這一想法將有希望讓這種科幻產物成為真正的現實。
"這讓人看到曙光。"2012年9月14日於美國宇航局約翰遜空間飛行中心舉辦的星際飛船100周年研討會上，該局科學家哈羅德·懷特(" Harold "Sonny" White)這樣說道。這一研討會的舉辦旨在探討未來星際航行將會遇到的挑戰。
時空的扭曲
阿爾庫貝利設計的最早期的曲率驅動概念包括一個足球形狀的飛船，其周圍是一圈大型的環狀結構。這一環狀結構設想是用某種奇異的物質建造的，它可以讓時空在圍繞飛船的四周發生彎曲，從而在其面前形成一個縮小版的空間，以及在其後方膨脹了的空間。與此同時，飛船本身將停留在由平滑時空組成的"氣泡"內，這裡的時空曲率不受影響。
理查德·奧伯塞(Richard Obousy)，是一個由科學家和工程師們組成的非盈利協會的主席，致力於實現星際航行。他說:"宇宙中的一切都受到光速極限的限制。但是真正酷的東西是時空，也就是空間的網格，它並不受光速極限的限制。"這樣一來，飛船理論上便可以實現以10倍光速飛行，而不會打破宇宙光速極限的限制。
然而科學家們立即發現了問題，那就是，他們發現要想實現這種曲率驅動飛行將需要耗費極大的能量，其能量需求幾乎相當於將整個木星質量按照愛因斯坦質能方程全部轉化之後所得到的能量。
哈羅德·懷特開始考慮，如果將圍繞飛船的那個環狀結構從原先設計中的扁平狀改為甜甜圈那樣的"圓筒形"，會發生什麼情況?計算的結果顯示這樣一個裝置的驅動所需能量僅相當於美國宇航局在1977年發射的旅行者飛船那樣的質量按照質能方程轉化得到的能量值。另外，懷特還發現如果空間彎曲的強度可以隨時間發生起伏變化，那麼實現這一裝置所需的能量將進一步減少。懷特告訴美國太空網表示:"我今天所介紹的這一發現將這一概念從虛幻變為可行，它值得進行進一步的投資。"他說:"藉助氣泡強度的震盪起伏實現所需能量的減少將會是一項有趣的預測，我們很期待能在實驗室中觀察到它。"
實驗室測試
他們在約翰遜空間飛行中心建立了一套被稱作"懷特-朱迪曲率場干涉儀"的裝置。簡單地說基本就是使用一束激光來觸發時空在微觀尺度上的扭曲。
懷特表示:"我們想看看能否在桌面實驗中實現一個非常微小的成功案例，那就是在1000萬分之一的尺度上形成一個極微小的時空擾動。"當將他的實驗和真正意義上的曲率驅動相比時，懷特將自己的實驗評價為"粗陋不堪"，但是他仍然認為這代表邁出了令人興奮的第一步。
其他科學家對此也持有開放性的態度，他們表示，如果人類真的想認真考慮星際航行的可能性，那麼就必須考慮哪怕現在看起來是最離奇的想法，比如曲率驅動。奧伯塞表示:"如果人類真的想最終變為星際文明，那麼我們就必須適當地讓我們的思維跳出框框，我們必須大膽一些。"
科幻小說
(劉慈欣科幻小說《三體》中概念)通過更改前後空間的曲率作為移動的動力的驅動方式稱為曲率驅動。[1]