曲速引擎概念的普及可能得益于《星際迷航》，但這種旅行方式的早期記載可以追溯到 20 世紀 30 年代 JackWilliamson 的科幻小說《The Cometeers》。曲速引擎在科學幻想小說中隨處可見，但這“科學”部分卻始終無法實現。

據《大眾機械》報道，“研究人員一直對曲速引擎的概念很感興趣，這一概念由墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利于 1994 年首次提出。”“根據理論上的阿爾庫貝利曲速引擎概念，航天器可以通過收縮前方空間和膨脹后方空間來實現超光速飛行。”

但是，這些早期的理論設計依賴一些奇特的概念，如負能量或負質量。膨脹和收縮時空并非易事！

《TheCometeers》于 1936 年出版，距今已近 90 年。Applied Physics 高級推進實驗室 (APL) 的一個國際科學家和工程師小組近期宣布，他們從數值上獲得了一種新的時空曲速引擎解決方案，不涉及奇異概念。這項研究成果發表在《經典和量子引力》雜志上。

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曲速引擎解決方案

這種新的曲速引擎解決方案在已知的物理學范圍內運行。新解決方案能保持恒定的速度，盡管比光速慢。

“之前的模型需要一種‘非物理’的物質-能量含量，這意味著它具有我們在常規宇宙中看不到的特征，比如負能量，”研究公司 Applied Physics (AP)的資深科學家兼首席作者Jared Fuchs 解釋說。“我們的方法是在解決方案中加入正能量，同時盡可能保留曲速效應，從而避免需要這種外來物質。”

與此同時，他們在《經典和量子引力》雜志中發表了研究論文《使用 Warp Factory 分析曲速引擎時空》。WarpFactory 是一個在 MATLAB 中運行的開源代碼庫，可供任何物理學家或研究人員測試物理曲速引擎的想法。

“我們在 MATLAB 中開發了 Warp Factory，是因為 MATLAB 能夠在單一集成環境和語言中提供理想的功能：利用 GPU 與 CPU 進行強大的并行數值計算、提供直觀的可視化工具和易用性。”阿拉巴馬大學亨茨維爾分校和 Applied Physics 高級推進實驗室的 Christopher Helmerich 解釋道，“這些功能使 Warp Factory 能夠高效地分析復雜的曲速引擎時空，并獲得對其物理特性的新見解。”

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WarpFactory Toolbox

MathWorks 公司技術撰稿人、普渡大學物理學兼任教授 Matt Lister 說道，“在未來，通過翹曲氣泡在星際間實際旅行的前景令人著迷。這說明，使用 MATLAB 中的高級數學工具來探索愛因斯坦引力理論等基本物理概念會產生令人驚嘆的結果。”

除了模擬曲速引擎解決方案外，該工具箱還支持研究人員使用 GPU 友好型三維有限差分求解器，以數值方式執行愛因斯坦廣義相對論計算，例如根據時空度量計算時空曲率。

MathWorks的物理學科經理 Temo Vekua 說道，“該工具箱對用戶很友好，而且包含交互式實時腳本形式的示例。”“您可以直接在 MATLAB Online 中打開它。”

對于標準時空度量，使用此工具包和 Symbolic Math Toolbox 也能得到類似的結果，為 WarpFactory 的精確性提供基準測試。

應力-能量張量的動畫。橫截面上區域顏色越淺，能量密度越高。藍線顯示翹曲氣泡內的動量流動方向。圖片所有權：Applied Physics。

由此產生的翹曲氣泡動量通量不會收縮和膨脹空間。Fuchs 解釋說：

“與流行的說法相反，翹曲并不會膨脹或收縮空間。相反，它依靠大量能量在乘客艙內快速移動，從而在艙內產生傳送帶效應。這種能量運動就像一個煙圈，但在這個煙圈的內側，它可以通過重力將乘客送達目的地。如果您在改變這種傳送帶效應的同時讓這個物質環運動起來，便擁有了一個可以沿著時空運送乘客的曲速引擎。”

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超越科幻小說

Fuchs 在一份新聞聲明中說道，“這項研究改變了關于曲速引擎的討論。”“通過展示一個同類首創模型，我們證明了曲速引擎可能從科幻小說中步入現實。”