曲速驅動(dòng)器可以在宇宙中發(fā)送引力波

未來(lái)的人類(lèi)會(huì )使用曲速驅動(dòng)器來(lái)探索宇宙嗎?我們無(wú)法消除這種可能性。但是,如果我們的遠祖后代這樣做了,那將不涉及二鋰晶體蘇格蘭口音到那時(shí)將消失在歷史中。

曲速驅動(dòng)器起源于有史以來(lái)最受歡迎的科幻小說(shuō)系列之一,但它們確實(shí)有科學(xué)依據。一篇新論文研究了它們背后的科學(xué),并詢(xún)問(wèn)曲速驅動(dòng)器收容故障是否會(huì )發(fā)出可檢測的引力波.

這篇論文的標題是”以前沒(méi)有人見(jiàn)過(guò)的:曲速驅動(dòng)器坍縮產(chǎn)生的引力波形。“ 作者是來(lái)自英國和德國機構的物理學(xué)家Katy Clough,Tim Dietrich和Sebastian Khan。

在廣義相對論中,曲速驅動(dòng)器是有空間的,墨西哥物理學(xué)家米格爾·阿爾庫比爾(Miguel Alcubierre)在1994年描述了它們在理論上是如何工作的。他在太空和物理學(xué)界廣為人知阿爾庫比爾驅動(dòng)器.

每個(gè)人都知道,沒(méi)有任何物體的行進(jìn)速度可以超過(guò)光速。但曲速驅動(dòng)器可能會(huì )提供一種解決方法。通過(guò)扭曲時(shí)空本身,具有曲速驅動(dòng)器的航天器不會(huì )違反超光速(FTL)規則。

“盡管起源于科幻小說(shuō),但曲速驅動(dòng)器在廣義相對論,Alcubierre首先提出了一個(gè)支持超光速旅行的時(shí)空指標,“作者寫(xiě).

實(shí)際進(jìn)行曲速驅動(dòng)器存在明顯的科學(xué)障礙。但是可以模擬一個(gè)人的工作方式,以及在發(fā)生故障時(shí)如何通過(guò)引力波探測到它們。曲速驅動(dòng)扭曲時(shí)空本身,就像緊湊物體的二進(jìn)制合并一樣,例如黑洞和中子星。從理論上講,它們可能會(huì )發(fā)出引力波信號與合并相同。

“為了搜索這些信號并在測量數據中正確識別它們,了解它們的現象和特性非常重要,”作者說(shuō)解釋.

首先要了解曲速驅動(dòng)器的工作原理,為此,我們必須深入研究物理學(xué)。

“曲速驅動(dòng)背后的主要思想是,'曲速氣泡'不是直接超過(guò)局部參考系中的光速,這將違反洛倫茲不變性,而是可以通過(guò)收縮前方的時(shí)空并擴大其后的時(shí)空來(lái)穿越比光速更快的距離(由一些遙遠的觀(guān)察者測量),“ 澎湃新聞國家.

第一個(gè)障礙是曲速驅動(dòng)器需要零能量條件 (NEC)。物理學(xué)指出,空間區域不能具有負能量密度。有理論上的解決方法,但就目前而言,它們都不實(shí)用。

“曲速驅動(dòng)指標的其他問(wèn)題包括閉合時(shí)間曲線(xiàn)的可能性,以及從更實(shí)際的角度來(lái)看,船上的人在控制和停用氣泡方面的困難,”作者說(shuō)解釋.

這是因為船員無(wú)法向船前部發(fā)送信號。氣泡內的事件很難影響曲速氣泡外的事件,因為本文對此進(jìn)行了解釋。

“從動(dòng)態(tài)模擬曲速驅動(dòng)器的角度來(lái)看,關(guān)鍵挑戰是穩定性,”作者說(shuō)解釋.方程表明,Alcubierre Drive可以使用愛(ài)因斯坦方程啟動(dòng)翹曲氣泡,但沒(méi)有已知的方程可以維持它。

“據我們所知,沒(méi)有已知的狀態(tài)方程可以隨著(zhù)時(shí)間的推移將曲速驅動(dòng)指標保持在穩定的配置中。因此,雖然人們可以要求最初,曲速氣泡是恒定的,但它會(huì )迅速遠離該狀態(tài),并且在大多數情況下,曲流體和時(shí)空變形將分散或坍縮成一個(gè)中心點(diǎn)。

雖然不穩定性是曲速驅動(dòng)器的主要障礙,但它也可能使它們被檢測到。如果 Alcubierre Drive 達到恒定速度,則無(wú)法檢測到。它不產(chǎn)生引力波,也沒(méi)有ADM質(zhì)量。ADM 代表 Arnowitt-Deser-Misner,以三位物理學(xué)家的名字命名。我會(huì )把它留給好奇的讀者閱讀更多關(guān)于ADM質(zhì)量.

但是,只有當曲速驅動(dòng)器恒定且穩定時(shí),它才能被檢測到。一旦它發(fā)生故障、加速或減速,它就可以被檢測到。在他們的工作中,作者允許曲速驅動(dòng)泡沫崩潰。

“從物理上講,這可能與后曲速文明(大概)用來(lái)支持曲速氣泡防止崩潰的收容場(chǎng)的崩潰有關(guān),”他們寫(xiě).

在他們的表述中,船本身的性質(zhì)并不重要。只有翹曲氣泡和內部的翹曲流體是重要的。

研究人員模擬了翹曲氣泡的分解。他們發(fā)現,坍縮產(chǎn)生的引力波具有與合并產(chǎn)生的特性不同的引力波。

“信號以爆發(fā)的形式出現,最初沒(méi)有引力波成分,然后是特征頻率為1 / [R]的振蕩周期,”他們寫(xiě).“總體而言,該信號與引力波探測器觀(guān)察到的典型緊湊雙星合并非常不同,更類(lèi)似于不穩定坍縮等事件中子星或者兩個(gè)黑洞的正面碰撞。

作者指出,盡管曲速驅動(dòng)器會(huì )產(chǎn)生GW信號,但它超出了我們當前地面探測器的頻率范圍。

“已經(jīng)提出了更高頻率探測器的建議,因此將來(lái),人們可能會(huì )對此類(lèi)信號的存在進(jìn)行限制,”他們寫(xiě).飛船本身也可以發(fā)送某種類(lèi)型的多信使信號,但很難知道飛船的物質(zhì)如何與常規物質(zhì)相互作用。

“由于我們不知道用于構建曲速飛船的物質(zhì)類(lèi)型,我們不知道它在宇宙中傳播時(shí)是否會(huì )與正常物質(zhì)相互作用(除了引力),”研究人員說(shuō)解釋.

這是一個(gè)有趣的思想實(shí)驗。在遙遠的將來(lái)的某一天,可能會(huì )存在某種類(lèi)型的 FTL 旅行解決方法。如果是這樣,它可能與更好地理解有關(guān)暗物質(zhì)暗能量.如果存在任何ETI,它們可能能夠利用我們尚不具備的宇宙基礎知識。

如果他們已經(jīng)弄清楚了如何構建和使用曲速驅動(dòng)器,即使它看起來(lái)是不可能的,他們的活動(dòng)可能會(huì )產(chǎn)生我們未來(lái)的天文臺可以探測到的引力波,即使在其他星系中也是如此。但就目前而言,這一切都是理論上的。

“我們警告說(shuō),獲得的波形可能與所采用的模型高度特異性,該模型有幾個(gè)已知的理論問(wèn)題,如引言中所述,”作者寫(xiě)在他們的結論中?!靶枰M(jìn)一步的工作來(lái)了解簽名的通用性,并正確表征它們的可檢測性。

毫無(wú)疑問(wèn),一些好奇的物理學(xué)家將繼續研究這個(gè)問(wèn)題。

本文最初發(fā)表于今天的宇宙.閱讀原文.

寶寶起名

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