曲速引擎的“出现”
不管阅读这篇文章的人是否是星际迷航或者是宇宙科幻题材类电影的忠实粉丝，曲速引擎或者曲速驱动这个词或许很多人都不会陌生。
尤其对于那些爱看科幻电影的小伙伴来讲更是如此，在众多电影或者视觉表现上。
只需要舰长下令开启曲速引擎，飞船便能以超光速的效果穿梭在宇宙的任何角落。
曲速引擎和星际航行从上个世纪以来，至今仍是非常火热的议论话题。
从本质上讲，它体现了人类一颗求职探索，充满好奇的心。
宇宙如此浩瀚，充满众多令人匪夷所思的东西，挖掘它们是我们与生俱来的本领。
作为曲速驱动最经典的代表，电影《星际迷航》已经为人们展示出在曲速引擎的驱动下，宇宙飞船会是一种什么状态。
但最早在1957年的小说《太空岛》中，这个概念被首次提及。
小说《太空岛》封面
它在概念上类似超空间，由曲速驱动将时空扭曲形成一个连续体形状的装置。
装备了这套装置的飞船可以比光速高出多个量级的速度进行航行，注意，是光速的多个量级。
从表现形式上来看，这种差异将会十分夸张。即使是数十亿光年的距离也能在短短数分钟内完成航行。
不过需要与其他一些虚构的超光速技术注意的是，曲率引擎这样的经线驱动不允许两点之间的瞬间行进和转移。
它实际上涉及与该概念相关的可测量的时间流逝，与超空间相比，以曲速飞行的飞船会保持与“正常空间”中的物体进行相互作用。
曲速驱动的太空船前的视图
曲速引擎的厉害之处在于，它规避了爱因斯坦提出的狭义相对论。
与光子不同，光子没有静态质量。狭义相对论中指出静态质量不为零的物质物体不可能以超过光速的速度进行传播。
当物体越接近光速，质量也会越大，所需要的能量也会越大，最终两者趋同于无穷，只能无限接近光速。
愈发接近光速可能会是这样
然而在曲率引擎的帮助下，空间被扭曲，时空仍然是完整存在的，飞船只需要在极短的空间距离中就能完成航行。
尽管作为一个科幻概念，但在现实生活中却有一种最接近这种阐述的运动。
阿尔库比尔驱动器，它是广义相对论方程的理论解，或许是最接近曲速驱动的装置。
阿尔库比尔驱动器的二维可视化
曲速引擎的可能性
该驱动器是由墨西哥物理学家米格尔·阿尔库比尔在1994年提出的一种改变空间几何形状的方法。
方法中指出，如果产生一种波，使得航天器前方的空间结构出现收缩，并向其后方的空间进行膨胀。
米格尔·阿尔库比尔的演讲
飞船将会在平坦空间区域中行驶，该路径被称为经线气泡。
本质上来讲，飞船不会在气泡内移动，而是跟着区域本身的变化移动被带走。
相对于变形时空的局部速度，它会呈现亚光速，但飞船的移动速度可以看作为超光速。
模拟出的经线气泡
不过阿尔库比尔驱动器仍然是一个假设的概念，从数学的角度来看，驱动器需要的能量密度为负。
为此它需要外来物质以比光速更快的速度进行传播，理论上不排除外来物质的可能。
但是这需要产生和维持足够的奇异物质来完成超光速旅行，并保证经线气泡存在。
而在广义相对论的背景下，没有奇异物质不可能构建曲速引擎。
奇异物质可能存在于中子星内部
为了产生负能量，曲速引擎会使用大量的质量来制造粒子和反粒子之间的不平衡。
比如一个电子和反电子在曲速引擎中，其中一个粒子会被质量捕捉便会导致不平衡。
阿尔库比尔驱动器便是用这种方式来利用负能量制造时空泡泡。
换句话说，要想满足阿尔库比尔驱动器的能量至少需要整个木星质量的能量才能驱动。
这已经远远超过人类技术发展的可能，不过科学家在21世纪又提出了一种新的构想，NASA的科学家认为人类未来实现曲速引擎也不是不可能。
科学家构想的环形曲速驱动装置
新的理论研究认为，曲速引擎的负能量可以通过卡西米尔效应来解决，而人类的飞船也不一定需要造得非常大。
如果能够通过卡西米尔效应制造出一个小的经线气泡，那么曲速引擎则有可能成为现实。
但不管怎么讲，曲速引擎的形式的度量仍有很大困难，因为现在所有已知的曲速驱动时空理论都违反了各种能量条件。
即便是之前提到的卡西米尔效应也会带来应力-能量张量，也会违反能量条件，比如在量子场论背景下的负质量。
正如我们前面说到，曲速引擎需要极大的质量才能驱动，如果想要遨游银河系，其中所需的能量预计会比可观测宇宙质量还要大几个数量级。
卡西米尔效应的表现
另外还有科学家提出，在某些情况下，阿尔库比尔驱动器只能像行驶在铁路上一样需要行驶在既定路线中。
因为气泡内的飞行员与它的气泡壁有因果关系，所以无法在气泡外执行任何操作。
这也就导致经线气泡不能用于第一次前往非常远的恒星，如果是25光年的距离至少需要25年以上的时间才能完成第一次路径装设。
但人类实现了这一项技术，即可穿梭在宇宙中的任何角落，年龄和时间再也不是限制人类向宇宙发展的限制。
不过任何一项科学技术都有好有坏，即便是曲速引擎也一样，搞不好曲速引擎会带来祸患。
改写因果？
从实际应用来讲，它确实能够帮助人类进行超长距离的星际旅行，殖民、星际开发、宇宙建设都将成为可能。
但与之而来的可能是因果违反和半经典不稳定性。
物理学家艾伦·埃弗雷特通过计算表明，经线气泡可用于广义相对论中创建闭合的类时曲线，这意味着该理论预测它们可用于向后的时间旅行。
在闭合类时曲线（CTC）中，它是时空中物质粒子的闭合，并返回至起点。
广义相对论的方程解在完成后，人们发现了CTC的可能，因而导致祖父悖论这一情况发生。
CTC的数学表现
尽管诺维科夫自洽原则表明这种悖论可以避免，但是仍有物理学家推测，出现在祖父悖论解决方案中的CTC可能会被未来的量子引力理论给排出，该理论会取代祖父悖论。
霍金后来将这一想法归为年表保护猜想，除了微观尺度之外的所有时间旅行在超出标准广义相对论的物理定律下都会被阻止。
即使微观层面的时间旅行在理论上是可能的，但在CTC表示中，每条CTC都会穿过一个事件视界，这会阻止观察者检测因果违反。
物理中的因果违反
而CTC的特点在于它会开启一条更早期无关的世界线的可能性，因此会存在无法追溯岛更早起因的事件。
通常来讲，在物理中的因果关系要求每个时空中的每个事件在每个静止帧中都有其原因。
事件原则在决定论中至关重要，用广义相对论来解释，决定论在类空间柯西表面上陈述了对宇宙的完整认识，由此能够计算剩余时空的完整状态。
但因为因果关系被打破，一个事件结果可以和结果同时发生。
举一个简单的例子，如果我们有一颗比光速还快的子弹，枪声会成为子弹发射的事件，子弹击中目标则是另一个事件。
还未开枪，却已经出现弹孔，因果被改写
现在这两个事件之间的空间距离除以时间差却大于光速，这意味着观察者能够以相反的顺序看到事件展开。
也就是说，枪还没响，目标就被击中了。
因果关系被破坏使得人们无法正确认知一件事将会是很可怕的，从任何角度来看，处于因果关联的事件总是会保证相同的顺序发生，原因必须先于结果。
或许曲率引擎能够造福人类，但在宇宙中的某种力量下，人类可能永远无法突破这种限制。
