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离地球最近的恒星是比邻星。它距离我们大约4.25光年，或者说大约25万亿英里(40万亿公里)。目前太空中的帕克太阳探测器是有史以来最快的航天器，最高时速将达到45万英里。以这个速度从洛杉矶飞到纽约只需要20秒，但是太阳探测器要花6633年才能到达离地球最近的太阳系。
如果人类想要在恒星间轻松地旅行，人类的速度就需要超过光速。但到目前为止，超光速旅行只有在科幻小说中才能实现。
在艾萨克·阿西莫夫的基金会系列中，人类可以使用跳跃驱动器从一个行星旅行到另一个行星，从一个恒星旅行到另一个恒星，或者穿越宇宙。当我还是个孩子的时候，我读了很多我能拿到的故事。我现在是一名理论物理学家，研究纳米技术，但我仍然对人类有朝一日在太空旅行的方式着迷。
有些角色，比如电影中的宇航员，利用虫洞在几秒钟内在太阳系之间穿梭。另一种方法是曲速驱动技术，这是球迷们所熟悉的。曲速引擎在理论上是可行的，尽管这仍然是一项遥不可及的技术。最近的两篇论文在3月份登上了头条，因为研究人员声称已经克服了翘曲传动理论和现实之间的诸多挑战之一。
但理论上的曲速引擎是如何工作的呢?人类会很快实现跃迁到曲速吗?
压缩和扩张
物理学家目前对时空的理解来自爱因斯坦的广义相对论。广义相对论指出，空间和时间是融合的，没有任何东西的速度能超过光速。广义相对论还描述了质量和能量是如何扭曲时空的，像恒星和黑洞这样的大型物体会扭曲它们周围的时空。这个曲率就是你感受到的重力，也是为什么许多太空英雄担心“卡在”或“掉入”重力井的原因。早期的科幻小说作家约翰·坎贝尔和阿西莫夫将这种扭曲视为一种绕过速度限制的方式。
如果一艘星际飞船可以压缩它前面的空间，同时膨胀它后面的时空，那会怎么样?把这个想法命名为曲速引擎。
1994年，墨西哥理论物理学家米格尔·阿尔库维耶雷(Miguel Alcubierre)证明，根据广义相对论定律，在宇宙飞船前方压缩时空、在飞船后方扩张时空在数学上是可行的。这意味着什么呢?想象两点之间的距离是10米(33英尺)。如果你站在点A，可以以每秒1米的速度移动，它需要10秒才能到达点B，但是，假设你可以压缩你和点B之间的空间，所以距离现在只有1米。然后，以每秒一米的最大速度穿越时空，你将能够在大约一秒内到达B点。从理论上讲，这种方法并不违反相对论，因为在你周围的空间中，你的运动速度并不比光速快。阿尔库维耶雷证明了《星际迷航》里的曲速引擎在理论上是可行的。
比邻星我们来了，对吧?不幸的是，阿尔库维耶雷压缩时空的方法有一个问题:它需要负能量或负质量。
负能量问题
阿尔库维耶雷的曲速引擎的工作原理是在飞船周围制造一个平面时空气泡，并在气泡周围弯曲时空以缩短距离。翘曲引擎要么需要负质量——一种理论上的物质——要么需要负能量密度的环来工作。物理学家从未观测到负质量，所以负能量是唯一的选择。
为了产生负能量，翘曲引擎需要巨大的质量来制造粒子和反粒子之间的不平衡。例如，如果一个电子和一个反电子出现在翘曲引擎附近，其中一个粒子就会被质量困住，从而导致不平衡。这种不平衡导致负能量密度。阿尔库维耶雷的曲速引擎会利用这种负能量创造时空泡泡。
但要让曲速引擎产生足够的负能量，就需要大量的物质。阿尔库维耶雷估计，一个带有100米气泡的曲速引擎需要整个可见宇宙的质量。
1999年，物理学家克里斯·范·登·布洛克(Chris Van Den Broeck)指出，扩大气泡内部的体积，但保持表面积不变，可以显著降低对能量的需求，降至与太阳质量相当的水平。这是一个重大的改进，但仍远远超出所有实际可能性。
一个科幻的未来?
最近的两篇论文——一篇是由Alexey Bobrick和Gianni Martire撰写的，另一篇是由Erik lenty撰写的——提供了一些解决方案，似乎让翘曲驱动器更接近现实。
Bobrick和Martire意识到，通过以某种方式修改气泡内部的时空，他们可以消除使用负能量的需要。然而，这种解决方案并不能产生比光速还快的曲速引擎。
兰茨还单独提出了一个不需要负能量的解决方案。他使用了一种不同的几何方法来解广义相对论方程，通过这样做，他发现翘曲引擎不需要使用负能量。伦茨的解决方案将使气泡的速度超过光速。
有必要指出，这些令人兴奋的发展是数学模型。作为一名物理学家，我不会完全相信模型，除非我们有实验证明。然而，曲速引擎的科学正在进入人们的视野。作为一个科幻小说迷，我欢迎所有这些创新思维。用皮卡德船长的话来说，事情只有在不可能之前才可能发生。
