在科幻作品《三体》中既然提出了曲率发动机和其原理为什么现实中却发明不出来

曲率飞行可以实现吗？

从理论上来看是可以实现的， 个中起到关键作用的空间 ；广义相对论认为，空间是一个可变形的结构，可以在某种能量的作用下膨胀，弯曲以及压缩；这给我们保留了无限的希望，而曲率飞行正是利用了弯曲空间的弹性推动飞船高速前行。

上图有三个关键，空间在飞船前方被压缩，在后方被拉伸，如果是三体中的曲率飞行呢， 就没有第三个关键因素 ，如果是星际迷航中的曲速飞行呢则有第三个关键结构--飞 船周围有一个环形弯曲空间包裹， 两者类似但差别却极大，如下：

《三体》中的曲率飞行： 压缩前方空间，拉伸后方空间，弹性空间推动飞船高速前行，但飞船仍然在不断穿透空间，尽管其利用广义相对论中的空间弹性原理，但并没有逃脱狭义相对论的桎梏，无法超越光速，只能无限接近光速，而且时间体系也无法统一，在地面看来，飞船系流逝的时间与地面是不一样的。

《星际迷航>中的曲速飞行： 压缩前方空间，拉伸后方空间，并且使用弯曲空间包裹飞船，空间的弹性推动中间这个弯曲空间泡前行，飞船相对于周围的空间泡是静止的，加速与停止不会影响内部的惯性体系，而且这个空间泡泡可以摆脱狭义相对论框架直到超光速，我们宇宙的膨胀速度就是超光速的，在观测看来，空间的超光速膨胀并没有违反相对论。

两者比较，当然是《星际迷航》中的曲速飞行比较好一些，因为这个时空体系与地面时间流逝是一致的，不会因为光速飞船的时间流逝方式趋向停滞造成比较尴尬的局面。

既然选择了比较合适的方案，那么如何来实现呢？ 我们宇宙中就有一种能造成空间膨胀的重要物质--暗能量， 其被认为是造成宇宙加速膨胀的罪魁祸首，那么我们是否可以利用暗能量的导致空间膨胀的方式来实现这个目的呢？似乎可行但无法造成弯曲空间，我们或者需要找到一种控制暗能量的方式来造就一个独立于大时空的小时空！

独立空间泡泡

曲速飞行在理论上是可以实现的，需要使用阿库别瑞引擎，压缩飞船前方的空间，让飞船后方空间扩张，形成一个曲速泡，飞船就可以裹在泡泡中超光速行驶了，不会受到爱因斯坦相对论的限制，时间也不会膨胀变慢。

但阿库别瑞引擎也仅仅在理论上可行，现实中还没法实现。

首先，阿库别瑞引擎消耗的能量是你完全无法想象的，仅仅运送几颗原子，就需要消耗掉三个太阳的质量。

其次，阿库别瑞引擎会出现负能量密度的情况，需要奇异物质来驱动，而奇异物质目前仅在理论上存在，宇宙中还从未发现过。

第三，阿库别瑞引擎并未完全排除回到过去的时间旅行，违背了时序保护机制，宇宙可能永不准许任何人把它生产出来。

第四，宇宙中虽然物质稀疏，但装备阿库别瑞引擎的飞船既然可以超过光速的速度前进，必然会影响整个时空。就像你驾着一架飞机在森林里飞，很可能会撞上前方的树木。曲速泡也是一样，你前面的空间既然被压缩了，那些星系、恒星、行星和智慧生命又会遭受何等恶劣的待遇呢？你自己也敢保证自己绝对安然无恙？

曲率飞行就是采用曲速引擎为动力的飞行，严格意义上来说这种移动不能叫做飞行，而是时空跳跃。总体上来说，时空通讯对曲速引擎的前景持乐观态度。
从理论上来说，只要有足够大的能量，就能扭曲时空，对时空产生折叠效应。

就像一张纸，如果从这头到那头，一只蚂蚁要爬很久，但如果把它折叠起来，根据折叠的皱褶多少，就能够一步或者几部跨越。

这个有点像我们古代描述的一种功夫叫缩地功，可以把大地压缩，距离缩短，于是此人就能日行千里。

而曲速引擎是压缩时空，把时空折叠起来，这与所谓的缩地功道理相同但效果天壤之别。

这是广义相对论时空弯曲理论的延伸，这个科幻中的设想正在逐渐地进入到科学家们的实际研究。
在科幻电影星际迷航中，使用的就是这项技术，里面对曲速航行具体操作细节介绍的不多，但最终把曲速层级定为最大值曲速10级。曲速1级为真空光速（c），随着层级增加曲速呈指数增加，但10级为速度无限大，无法达到，只能无限接近。

在现实中，最早提出这个概念的是上世纪五十年代的德国物理学家海姆，它指出曲速航行就是利用时空扭曲和时空跳跃实现超光速飞行，并提出了一些设想。

但一直到他辞世，他的理论并没有引起重视，因为大家都认为凭着人类掌控的物质条件，不可能制造出那么大的引力场。

一直到2005年，德国物理学家豪泽与同事德勒舍尔共同撰写了一篇以海姆理论为基础的论文，探究“超时空发动机”制造的可能性，没想到此举竟得到了美国航天学会的青睐，授予他们为2005年度“核能和未来航空”项目大奖。由此，这项看起来很科幻的理论重新得到了科学界的重视。

一些科学家开始了行动。
美国能源部圣迪亚国家实验室太空动力研究员罗格·雷纳德正在筹划着做一场实验，他准备用一部X光发生器，提供实验所需要的磁场。

2021年6月，美国太空总署(NASA)机械工程师、物理学家怀特正在研究开发可作星际旅行的宇宙飞船“IXS企业号”。他近日和3D艺术家拉德梅克合作，制作出宇宙飞船的概念图，宣称一旦飞船面世，只需两周便可到达距离太阳4光年远的地方。

2021年5月，美国NASA的科学家们开展了对曲速引擎的研究工作，工作室位于NASA约翰航天中心Eagleworks实验室，首席科学家为Harold White博士，他们已经研究出一套被称为EM drive的动力装置，这种装置已经获得了某种推力，这种推力似乎违反了动量守恒定律，一些难题还在研究中。

一些科学家认为，曲速引擎需要巨大的引力场，制造这种场所需能源非常巨大，目前人类无法实现。但另一些科学家却反驳了这种观点，认为制造一个小的曲率泡，只要很少的能量就能达到曲率跳跃的要求。
这项工作还仅仅是个起步，但的确有一个十分诱人的前景。

光速是我们这个时空的限制，常规飞行无法突破这个限制，使星际航行变得难以实现。

曲速引擎的设想为人类打开了另一扇窗户。

采用曲速引擎实现时空跳跃，能够突破光速限制，甚至获得若干倍光速的穿梭，但由于其不是采用常规速度飞翔，并不违背光速限制原则，而且也不会产生时间膨胀效应。

这样就不会产生祖孙佯谬的悖论，人们可以在正常的时光流逝中实现星际的跨越。

这是一个多么美妙的前景啊，虽然目前这项研究还处于半幻想半真实的状态，但这项理论已经得到了重量级科学机构的实际进入，这些科学家可不是吃素的，他们正在使这项原本不可能的事情一步步走向可能，超光速跨越或许已经不再是梦想。

所以时空通讯有理由相信，曲速引擎极有可能会成为人类达到二型恒星级文明时，走向星际空间的最重要工具。

奇思妙想，欢迎点评。
时空通讯原创作品，已经启动“维权骑士”版权保护，侵权必究。

理论上，曲率航行或者说曲速航行是不违背物理学原理，完全是能够实现的，这种驱动方式本身就是基于已有的物理学理论所提出来的。利用这种特殊的驱动方式，我们可以突破光速限制，实现真正意义上的星际旅行。但需要注意的是，《三体》和《星际迷航》所说的曲速航行是不一样的。

在宇宙中，空间中分布着各种物质，它们会导致空间弯曲。所有的空间都不是平坦的，它们都会存在一定的曲率。在《三体》中，曲速飞船能够减小后方空间的曲率，导致前方曲率更大的空间会把飞船拉过去，从而使飞船以亚光速航行。在这种情况下，曲速飞船会产生巨大的相对论效应——尺缩钟慢，基于此就能实现星际旅行。

在《星际迷航》中，曲速飞船可以压缩前方空间，并扩大后方空间，使得曲速飞船能够相对于弯曲空间做“超光速”运动。在这种情况下，曲速飞船相对于局域空间并没有超光速，而是处于静止的状态，所以不会出现相对论效应。

但不管是哪一种曲速航行，这都需要负质量的东西来改变空间曲率，而我们现在对这种神秘的东西一无所知。

答：理论上存在这种可能性，实际上实现难度极大！

曲速飞行是相对于传统推进方式的一种完全不同的驱动方式，基于爱因斯坦的广义相对论——空间是可以弯曲的。然后我们操控并弯曲的空间，并带动空间内的物体，实现等效的相对移动。

这让人想起《三体》中，程心和艾AA乘坐的星环号，使用的就是曲速驱动引擎，等效速度为光速；还有电影《星际迷航》里，曲速引擎也是一项重要的技术，等效速度远超光速。

超光速飞行的一大限制，就是爱因斯坦的相对论，狭义相对论禁止任何形式的超光速传递有效信息，自然也禁止超光速移动物质。

但是广义相对论又留了一个缺口，就是空间的膨胀速度可以超越光速，曲速飞行理论就是利用这一原理，设想了一种操控空间移动的技术。

飞船前方的空间被压缩，然后被移动到飞船后方膨胀，等效于空间把飞船推向前方，而且不对飞船产生“惯性力”。因为空间的移动不受光速限制，所以飞船的等效移动能超过光速。

曲速表示空间翘曲的度量，而不是真实的速度，所以绕过了相对论的光速限制。同时，曲速的效果也可以等效看作移动速度，从而实现等效的超光速移动。

目前技术上最大的困难，就是无法制造足够的能量能让空间弯曲，所以相应的研究，基本停留在理论当中。

对人类来说，曲速飞行或许是遥远未来的唯一出路。试想，如果大自然禁止曲速飞行的存在，那么意味着人类将永远被限制在宇宙的一个小角落里，宇宙是如此广袤，人类只能远观而不可及，这将是多么恐怖的事啊！

在刘慈欣的科幻小说《三体》中，人类的“光速飞船”先驱者托马斯维德制造出了接近光速的曲率飞船，最后程心得以驾驶曲率飞船逃离被二维化的太阳系。

但小说中的设定是，曲率飞船并没有达到光速，而是以无限接近光速的速度飞行。

在更早时期，科幻系列电影《星际迷航》中描述了一种未来的人类飞行器——曲速飞行器，这与三体中的曲率飞行有着不同之处，《星际迷航》中的星舰，可以轻易的超越光速很多倍，数千光年的航行也不过是转眼一瞬间。

至于这些曲率、曲速的原理究竟是啥呢？我们来探讨一下：

我们知道，空间是可以被弯曲的，而且空间还具有弹性。想到这里，可以在脑海里设计一个有趣的实验，找来一块大一点的地毯，一辆玩具 汽车 ，让玩具 汽车 以速度v在地毯上向你这边开来，这时，你以速度w拉着地毯也向你靠近，所以，这辆玩具 汽车 就会以高于原本的速度v向你这边靠近。

在宇宙空间中，可以利用某种办法，把飞船的后方空间给“烫平”，前方的空间给压缩的更加褶皱，这样飞船就会以很高的速度向前方飞去。而在《星际迷航》中，利用飞船上强力的曲速线圈产生强大的磁场，称之为“曲速场”，曲速场形成一个包裹飞船的“曲速泡”，飞船在曲速泡中相对静止，而曲速泡却在空间的涟漪中“荡漾着”前进，至于其中复杂的原理，怎么搞出来的曲速泡，谁都不清楚。

但无疑哪种方式都需要巨大的能量，2008年7月，美国的两名物理学家称巨大的能量可以让人类控制维度，从而制造出“光速飞船”，那么需要多少能量才能操控维度呢，大约最低需要10^45J的能量，根据质能公式，这需要将木星全部转化为能量才行。

虽然现在仍属于设想阶段，但终归是有了思路。其实，人类如何才能迈入星际文明行列中呢？办法就是制造更快的飞行器，这是最直接的办法，也是人类能否走得更远的最有效的办法。

你们说呢？

利用所谓的“时空弯曲”实现“曲率飞行”，只能是科幻者的神逻辑的天方夜谭，而绝不可能在物理逻辑中实现。

以下我来厘清一下相关概念，做一些深度解读，但愿对一些走火入魔者有所警示。

一，曲率的大致意思。

曲率(k)，是单位弧长(s)转过的角度(θ)：k=Δθ/Δs。曲率半径或圆半径(r)，是曲率的倒数：r=1/k。因为：k=Δθ/Δs=Δθ/rΔθ=1/r。

凸起的曲率是正的，意味着能量递增。凹陷的曲率是负的，意味着能量递减。拐点的曲率是零，意味着短暂的平坦。

二，惯性定律的深度解读。

惯性定律，是一个宇宙大法则：任何物系的运动，保持匀速直线运动或相对静止。物系匀直运动意味着它最终的动态平衡，维持运动的能量不多不少，没有剩余的可被利用。

在黎曼几何中，匀直运动就是测地线循环，是最小曲率的匀速圆周运动。因此，惯性定律的匀直运动要改成“匀圆运动”。

所有的自然物系，都在匀圆运动，它们是自然的最经济的永动机，其驱动力只够自身运动，没有多余的可被投机取巧。

▲为什么边缘带的电子云密度越发稀疏呢？

三，熵增加原理的深度解读。

熵，表示物系运动的混乱程度或无序度。熵增加原理，即ΔS≥0。意思是：物系运动总是不断衰减降频，不断趋向最终的惯性、动态平衡、匀直运动、匀圆运动。因此，熵增加原理是惯性定律的热力学表述，异曲同工。

例如，恒星辐射的电磁波，在深太空的长期旅行中，能量不断衰减，频率不断降低。这种现象叫“熵增红移”，可颠覆宇宙大爆炸理论。

四，时空弯曲论的深度解读。

广义相对论的核心是时空弯曲论，甚嚣尘上。也许因为这个神逻辑，科幻作家刘慈欣臆造了曲率飞行。

▲时空弯曲论把爱因斯坦变成了科学大神

其实，光走曲线，只是因为承载光的空间介质在天体附近的质密梯度（▽×m）或能密梯度（▽●E）较大而已。但是，光走曲线也是一种动态平衡，其质量曲率或能密梯度，只能自给自足，不能被投机取巧。

▲让人“脑洞大开”的曲率飞行的一个设计。

这就好比：龙卷风把附近的 汽车 席卷进去，不是因为时空弯曲，二是空气介质的能密梯度很大而已。

综上：曲率飞行的幻谬，责任不在刘慈欣，归根结底，是爱因斯坦的广义相对论在作怪。

超光速俗称FTL（faster than light）

FTL有很多种方法，其中最出名的有这几种。跳跃引擎（jump drive）超空间（hyperspace）曲速引擎（warp drive）和虫洞（wormhole）。

跳跃引擎就是通过某种手段（一般是量子物理之类的的 科技 ）瞬间出现在某一点，有点量子纠缠的意思，理论上量子纠缠传递信息还是可以的，但是传递物品应该是不可能的，所以就目前人类的理论科学来看是不可能的。只出现在科幻作品中。有兴趣的可以去看《星际迷航 发现号》，其中的孢子引擎就是和这个差不多。

超空间就是让飞船进入另一个次元或空间然后在某一点从那个次元空间出来，飞船本身不用加速到光速。在这个次元中走的距离要比现实中少得多以达到超光速的效果，这种 科技 个人认为是不可能实现的。除非人类有能力进入第四维度。

曲速引擎就是在飞船周围创造一个空间泡泡，压缩前面的空间膨胀后面的空间来达到超光速。这种理论上是可行的，但是技术上根本达不到，能量材料都达不到要求。

虫洞引擎就是开启一个虫洞可以瞬间抵达任意地方，效率最高最好用的也是人类最有可能掌握的技术。理论上完全可行，目前人类可以制造出小型黑洞，很多科学家认为量子纠缠的现象可能就是一种虫洞效应。不久的将来关于虫洞的 探索 肯定会有新的进展。

最后，超空间和跳跃引擎没有理论基础，或者说是目前还没有，广泛出现在科幻作品中。曲速引擎和虫洞理论上已经被证实是可行的，它们都有各自的理论推导和物理计算公式。

我们先看看曲率驱动是怎么回事。
曲率驱动是一种通过改变飞行器前后空间的曲率获得飞船前进动力的驱动方式。这是科幻小说和电影里面常用的梗。

它的理论来源于墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利在1994年提出概念。其本质就是通过空间的收缩和膨胀驱动飞船，从而“绕过”相对论对极限速度的限制（这个限制是真实存在的）。

我们通过观察到的宇宙存在了137亿年，而我们观察到的最远的天体离我们有400多亿光年的距离。这说明了： 宇宙空间膨胀的速度远远大于光速。 你可以简单的把膨胀的气球看成是宇宙，而星体就是气球上的小点。

这违背了相对论了吗？并没有，相对论描述的是：信息不能超过光速传播。空间本身是不携带信息的。

所以，曲率飞行在理论上是可行的。

但是，科学家通过计算，把一艘宇宙飞船加速并超过光速，弯曲和抹平空间的能量，需要集中整个太阳系的能源才能完成。

这可能需要我们发展到第二类文明，掌握了戴森球才有可能制造这种飞行器。

综上所述，制造曲率飞行器是未来1000年内不能完成的任务。

曲速引擎就是一种空间的压缩和扩展技术，即在飞船前段压缩空间，后端再把压缩的空间释放。这样，处在中间的飞船时空仍是平坦的，而前后两端一个时空变快一个变慢，飞船达到超光速飞行。

其实这种技术，就是我们祖先说的缩地成寸的翻版而已。制造曲速引擎，关键就是如何实现时空的压缩和膨胀，对应的就是理解空间规则。可惜，人类目前的 科技 还显得太过于简陋，根本没有对空间有何深刻认识。只有爱因斯坦的相对论涉及到了时空的弯曲，即大质量物体可以导致时空弯曲。但是除此之外，我们对时空扭曲和膨胀的了解，几乎为0。所以，如果依照人类现在的 科技 水平，制造曲速引擎基本属于痴人说梦。

不过，人类的 科技 发展也才几千年，相对于宇宙动不动几千万年、几亿年的时间尺度，人类的文明进程显得就太微不足道了。所以，如果给人了足够的时间，相信依人类目前的科学发展速度，掌握空间技术并不是什么难事，制造曲速引擎也是易如反掌。毕竟，在1900年，人们还很难想象什么是电视，电脑，手机。而现在，不都是常见物件了吗？

在刘慈欣的科幻巨作《三体：死神永生》中，云天明用童话像人类传递信息，试图拯救人类文明，其中有一种叫做曲率驱动的技术，能使飞船超光速飞行。如何才能实现曲率驱动，制造一台曲率驱动飞船？

曲率引擎是基于爱因斯坦的广义相对论和质能方程，由阿库别瑞在1994年提出的一种设想：时空是一个平面且会因为外力产生弯曲或拉伸；天体存在于这个平面之上，天体的产生的引力波会使时空弯曲，那么是否能人为制造一个“曲速泡”，“曲速泡”为一段平坦的时空，而其前方的空间收缩，后方的空间拉伸，推着“曲速泡”向其对齐的方向前进，而飞船静止在“曲速泡”中一并前行（类似冲浪）。

同时阿库别瑞提出了阿库别瑞引擎的数学表达式：

根据设想，人们推导出了曲速公式：

据此公式，曲速引擎最大速度能达到199516倍光速——穿越太阳系只需0.2s；6个月便能横穿银河系。

但这仅仅是理论，真正要实现还有非常多的困难。

首先，也是最大的困难——能量。推动曲率飞船需要相当于地球质量318倍的 “负质量（负能量）”，这是一种拥有特殊质量的物质，其质量与正常质量正负相反（1kg物质对应的暗物质质量为-1kg）。这种物质目前仅仅是在微观层面证实了其的存在。

其次，曲速场由物质反应产生出的高能粒子形成，即便是以曲速一级的速度前进，速度也堪比光速，其在两个速度态之间的转换时间不会超过普朗克时间（约5 × 10−44秒，人眨眼时间的1044分之一），而曲率飞船变速依靠的是曲速场的叠加或减少，这意味着一旦变速引擎要在极端的时间内提供（减少）成倍的能量并完成校验，一旦前后曲速场叠加量未及时达到一致或方向未对齐，飞船将会瞬间被撕成碎片。

总之，依靠现有的理论与技术，人类还无法制造出曲率引擎，但相信在将来的某一天，人类终将飞出银河系， 探索 更广阔的的太空。

没可能。因为三体中的曲速引擎违背了自然规律，所以现实中，无法实现。

还是非常有可能实现的，只是现在人类的技术是实现不了的。

那是科幻小说里的东西，虽然科学家也有相关设想，但是曲速引擎的实现需要相当发达的科学技术，目前是没办法做到的。

没有可能！

所谓曲率驱动的概念就是指通过对时空本身的改造来驱动飞船，利用物理学定律中的漏洞来打破光速不可超越的限制。1994年墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利(Miguel Alcubierre)首次提出了现实生活中曲率驱动的概念。然而后续进行的计算显示这样一种装置将需要无法达到的极高能量才能实现。
现在，物理学家们表示，原先的曲率驱动模式可以进行改造，从而让它可以用比原先计算少得多的能量条件下实现运行，这一想法将有希望让这种科幻产物成为真正的现实。