三体中的曲率驱动是个啥？这可能是人类“越狱”的唯一希望

太阳系直径约19光年，离我们最近的星系有42光年，而我们连上火星都还费劲。我们的飞船太慢了，太阳系就像座监狱，剥夺了人类 探索 宇宙的自由！

我们都知道， 根据相对论，速度越快，质量越大。根据牛顿第二运动定律，物体的加速度等于受到的力除以质量，如果当速度增加，为保证物体持续加速，所施加的力就必须也增大，至此，问题来了，如果物体的速度要达到光速，那么质量就会是无限大，需要的力也必须无限大，但是我们永远也无法找到无限大的力，所以物体的速度永远不可能达到光速。为了能绕过牛顿第二定律与广义相对论，曲率驱动几乎成了我们唯一的救命稻草。

三体中的曲率引擎

三体给了一个物理原理类似的实验可以让曲率驱动变得通俗易懂。首先，折一只纸船，并在船尾穿一个孔，塞入一小块肥皂，再将船放到水中。 因为肥皂溶解于水，降低了船尾的水面张力，小船则被前方较大的张力拉过去， 小船会自动向前航行。曲率驱动与此相似。

像水面一样，时空也是凹凸不平的，一艘处于太空中的飞船，如果能够用某种方式把它后面的一部分空间烫平，减小其曲率，那么飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去 。曲率驱动不可能像空间折叠那样瞬间到达目的地，但却有可能使飞船以无限接近光速的速度航行。

你可以理解为飞船前方的时空弯曲得更厉害，后方的时空弯曲的则较少，因此飞船实际上会受到向前的引力，就像是被空间挤到前面去。 飞船通过某种方式持续地"烫平"身后的时空，而被烫平的空间无法复原，这就形成了曲率航迹。不过我们还是要注意，小说与现实还是有一定区别。

实际的曲率驱动概念

1994年，墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利首次提出了现实生活中曲率驱动的概念。 提出创造一种波来改变空间的几何形体的方法，这种波可以让太空船前面的空间收缩，而太空船后面的空间扩张。前后所连成的轴向即为船想要航行的方向。这艘太空船则可以在一个平坦的空间中乘着波移动，这个空间被称为"曲速泡"。既然实际上船没有动，是时空发生了扭曲，由泡泡带着船走，而空间膨胀速度不受光速限制，所以广义相对论中对于物体速度不可超过局域光速的限制就派不上用场。由于无论是飞船本身还是上面的乘客都是处于同一个时空当中的，因此它们都会受到同样的引力，加速的时候自然不会产生过载。

我们知道有质量的物质会扭曲时空，宏观上表现为引力。因此如果想让空间带着飞船走，务必要逆转这个过程，进而需要一种拥有负质量的"奇异物质"，宏观表现为"斥力"。

曲率引擎的假想机制暗示了负的能量密度，因此需要奇异物质才能使用。所以如果正确性质的奇异物质并不存在， 则曲率引擎就不能被建造出来。好消息是有实验证明这种物质确实存在。

负能量

负能量是带有负压强的，而且被实验观测证实。更有意思的是，通过对宇宙的观测发现，在整个宇宙的尺度内，只有这些负压强的能量才能产生"万有斥力"的现象。

1948年，荷兰物理学家亨利克·卡西米尔通过量子理论预言了一种负能量。想象一下， 把两块中性金属片放在真空中，彼此平行，然后慢慢靠近。常识告诉我们，因为是电中性，又没有气压存在，两块板之间不会存在什么相互作用力，但事实上，当它们靠近微米级的距离后，会出现吸引力。

1958年，物理学家斯派纳在实验室率先观察到了这种力，证实了卡西米尔的预言。1996年物理学家们更测出了其精准数值。在真空中，如果两块金属板的面积为1平方厘米，相距1微米，那它们之间的卡西米尔力约为10^-7N，大约等于一个直径半毫米的水珠所受重力。在亚微米尺度上，该效应导致的吸引力成为中性导体之间主要作用力。事实上在10纳米间隙上（大概是一个原子尺度的100倍），卡西米尔效应能产生1个大气压的压力。

卡西米尔最早对这种力的预言，其实是为了证明"真空不空"。这意味着在微观世界中，真空是一片沸腾的量子海洋，各种虚粒子对不断产生又不断湮灭，不断产生正负能量，又湮灭归零。负物质仍在搜索阶段，但卡西米尔效应证明负能量的确是存在的。

曲率飞船

阿尔库贝利设计的最早期的曲率驱动概念包括一个足球形状的飞船，其周围是一圈大型的环状结构。这一环状结构设想是用某种奇异的物质建造的，它可以让时空在围绕飞船的四周发生弯曲。

对此，科学家们很快发现，想实现这种曲率驱动飞行将需要耗费极大的能量。为方便理解，要知道地球的质量所造就的时空扭曲仅提供了98m/s2的加速度，你可以想象接近甚至超越光速所需的时空弯曲，会需要耗费怎样的能量。据估计，其能量需求几乎相当于将整个木星质量按照爱因斯坦质能方程全部转化之后所得到的能量。这等于是说曲率驱动是人类遥不可及的幻想。

即便如此，研究依旧在继续。 美国科学家哈罗德·怀特开始考虑，将围绕飞船的那个环状结构从原先的扁平状改为甜甜圈那样的"环形"，计算的结果显示这样一个装置的驱动所需能量仅相当于美国宇航局在1977年发射的旅行者飞船那样的质量按照质能方程转化得到的能量值。另外，怀特还发现如果空间弯曲的强度可以随时间起伏变化，那么实现这一装置所需的能量将进一步减少。

不过现在还没有实验证明曲率驱动的可行性，一切还停留在理论阶段。人类被困在光速的囚笼里，仅仅离开太阳系也要飞近1光年远，我们永远也无法依靠牛顿到达系外星系。如果人类真的想升级为星际文明，总要考虑这些看起来不可能的疯狂的想法。

首先是卡西米尔效应确实显示引力可以通过辐射来达到，比如说我们假设在以太空中，这些以太都是高速运动的，具有非常巨大的能量，而且这些以太大多都可以穿过我们常见的物质粒子。我们现在假设有两个粒子，大部分以太可以穿越过去，左右都可以，但是独独在这两个粒子的连线上，有一小部分低波长粒子无法穿越，或者穿越概率不是100%。那么这些波长的粒子就类似卡西米尔效应所显示的，它们被这两个粒子束缚住了。而且我们还可以看到，因为这两个粒子被束缚处形成驻波，然后会造成这两个粒子间的辐射能量较周围低从而产生相互吸引力。这种模型不仅可以解释引力的作用方向，同样也可以解释引力的大小与两个粒子的距离相关。

而且我们引申开去，既然两个粒子间形成了引力驻波，如果我们稳定下这两个粒子，或者用上更多的粒子，那么我们就可以形成一个三维空间的引力驻波。当我们把物体放在驻波的节点上时，它会悬浮。

刚才说的是两个粒子间的引力情况。那么我们就会问了，粒子内部是什么呢？粒子内部极有可能也是类似结构，那就是某种时空结构使得某些波长的辐射被俘获在里面。而且我完全可以假定，所谓物质的能量可能真的如同特斯拉所说，没有所谓的物质的能量。

当一个物质放出能量的时候，是它内部的某些以太或者某些粒子或者说是某些辐射驻波被释放出来。同样吸收能量就是这种辐射被俘获。这种模型有一个惊人的便利那就是统一性，甚至可能宇宙中的所有的相互作用宇宙中的所有的粒子内部结构都可以描述成为这种两个个体间驻波形态，即俘获能量形态。而这个模型的背后却是巨大的真空能。

有迹象表明这种宇宙世界景象正在越来越成为主流。那么是否通过某种运算我们引入可以近似类比的引力辐射，或者希格斯粒子，来实现量子力学的更深一层次发展呢，我认为这是可能的。而到那个时候相对论的时空概念可能会显现，但并不是重点。因为在那个时候空间不再是一个神秘的笛卡尔坐标系，而是由多个粒子建立的驻波通道，或者是无所不在的希格斯粒子海洋。这谁说得准呢？量子力学是胜利的，他将继续从胜利走向胜利。

从强磁场可以悬浮青蛙，我们看到磁场海的力作用，这种作用简单的可怕。就好像木头在水中的浮力一样。现在还有实验表明用声波也可以悬浮物体。如果我们假设存在着引力辐射的定向扩散和衰减。那么上述两个粒子所受到的引力大小是不均等的。这将打破牛顿的第三作用定律。总之这样的世界景象已经清晰化：1真空骚动2辐射衰减3辐射俘获和吸收形态4辐射定向扩散环境5辐射的三种运动形态：描述分步密度的梯度，描述扩散的速度？描述定点的骚动和旋转。似乎类似化学中的分子结合，俘获能量不同代表着键的不同，同时也代表着于之上的结构类型不同。

真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。

19世纪中叶，经典物理学家认为：真空中充满一种特殊的媒介叫“以太”。“以太”是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质。17世纪的笛卡尔最先将“以太”引入科学，认为“以太”是传递某种作用力的中间媒介物质。麦克斯韦的电磁波就是“以太”的振动，像水波一样以光速在“以太”中传播。

“以太”是人们最直观、最朴实的认识，没有什么大错。

19世纪末，迈克耳孙、莫雷利用光的干涉效应在地球上对“以太”进行了一次著名的实验，没有观察到预期的光速的差异，因而否定了“以太”的存在。开尔文爵士认为迈克耳孙—莫雷实验在“在物理学明朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云”之一。

今天看来，在地球上进行的迈克耳孙—莫雷实验就不符合验证“以太”存在与否的实验条件：地球及其周围充满物质粒子，也不是纯纯的真空呀！怎么能说迈克耳孙—莫雷实验否定了“以太”的存在呢？

其实，1634年马德堡市长奥托·冯·格里克做的著名的马德堡半球实验已经证明：在地球上，物质的世界里不存在真空，当然真空里也就不存在“以太”这种物质。但是，如果“以太”是暗物质或者是非物质呢？那就可以在真空里存在了。

1905 年，爱因斯坦提出了狭义相对论。爱因斯坦认为：电磁波是物质的运动形式之一，不需要依赖像“以太”这种媒介就可以在空间中传播。

1927年，狄拉克提出了满足相对论协变性的量子力学方程——狄拉克方程，希望把量子力学与相对论协调在一起。狄拉克的相对论量子力学认为：“真空不空”。真空可以看成是填满了负能量状态的电子的大海。如果一个高能量的γ射线入射到电子海中，海中将有一个电子被激发到海面上，而电子海中也会留下一个空穴。安德森在宇宙线照射的云室中发现了一个正电子，有力地支持了狄拉克的理论。狄拉克和安德森为此分别获得1933年度和1936年度的诺贝尔物理学奖。

不过，负能量状态的电子海与“以太”一样，依然是物质。

20世纪中叶，施温格、费曼和朝永振一郎分别建立了电子与电磁场相互作用的量子理论——量子电动力学。量子电动力学认为：电子发射出的虚光子可以变成一对虚的正负电子，然后这对虚的正负电子又湮灭重新变成一个虚光子，这个虚过程被称为真空极化。也就是说，“真空不空”，看似电子处在真空中运动，实质上真空中存在着大量的虚的光子、正负电子对。真空是虚的光子和正负电子对的海洋。施温格、费曼和朝永振一郎因此荣获1965年度诺贝尔物理学奖。

虚的光子、正负电子对是物质吗？如果是物质，就依然是“以太”的翻版。

1948年，荷兰物理学家卡西米尔提出：在真空中两块平行放置的中性导体平板之间，存在微弱的吸引力，称为卡西米尔效应。2011 年，瑞典的研究组将超导微波腔的两个镜面作为两个平板，利用微波光子的测量技术，精密测量了其中的卡西米尔效应。

1960年代，理论物理学家： 格拉肖、温伯格和萨拉姆利用满足SU(2) × U(1)的规范不变性建立起弱相互作用和电磁相互作用的统一的量子理论。1961年，美籍日裔理论物理学家南部阳一郎提出：拉格朗日量具有某种对称性，但是系统的基态或真空态不具有这种对称性，称为真空对称自发破缺。1964年，英国理论物理学家希格斯等人提出，如果存在一个复标量场(Higgs场)与规范场耦合，那么当真空态发生自发对称破缺时，就可以使规范场粒子获得质量，这个标量场中有质量的粒子被称为Higgs 粒子。2012年，欧洲核子中心的科学家在大型强子对撞机上发现了Higgs 粒子。量子色动力学认为：真空中充满着Higgs 场，万物在Higgs 场中游个泳就具有了质量，比“无中生有”还奇妙。温伯格等人荣获1979年度诺贝尔物理学奖，南部阳一郎获得了2008年度诺贝尔物理学奖，希格斯等人也获得了2013年度诺贝尔物理学奖。

有质量的Higgs 粒子是物质吗？如果是物质，与“以太”有什么区别呢？

1970年代，美国理论物理学家维尔切克、格罗斯、波利策等人建立起强相互作用的量子理论——量子色动力学，预言当原子核内部的两个夸克距离很近时，它们就像是自由粒子，称为渐近自由。这3位理论物理学家荣获2004年度诺贝尔物理学奖。另外还发现了夸克禁闭的真空态，带有分数电荷的夸克被完全束缚在原子核内部。

当代的量子信息学认为：真空是量子比特的弦网液体构成的大海，基本粒子是这个大海中的波动和旋涡。量子比特具有|0> 和|1> 两个基本状态，各种集合和结构决定了各种基本粒子的性质和各种基本相互作用的规律。弦网液体即量子以太。

量子以太依然是物质。

科学家们沉迷于物质充满空间的无限宇宙理念，把物质与空间搅合在一起，以致于出现了黑洞、宇宙蛋、超三维空间、鬼神永存等玄怪理论。物理学进入了虚幻时代。

为什么非要把“以太”理念用到极致？为什么不把暗物质、非物质填进真空？

暗物质其实就是准物质，是还没有聚集起来的非物质。这才是真正的无中生有。

我的旋涡理论认为：宇宙是一个大旋涡。宇宙里充满物质，你把空间和物质搅和在一起完全可以。这个四维物质时空演绎出许多恢弘壮观的故事。科学家们的许多理论都适用于这个四维物质时空。宇宙外空空如也。只有无法测量的空间，没有物质，没有时间，绝对零度。在宇宙外的空间里，可以有暗物质或者叫量子“以太”，但不能有物质。这样，才能在哲学概念上分清楚宇宙及其宇宙之外。否则，依然是一锅粥，永远分辨不清。

宇宙的起源就是物质的起源。物质起源于非物质的旋涡。非物质的旋涡向中心旋聚非物质，同时会逐渐产生相对稳定的氢原子，生成分层的物质。宏观旋涡里有引力和暗能量，引力旋聚或者聚变出重原子和各种高级物质，包括有机生命和意识；暗能量阻滞物质的旋聚，划分物质分布的层次，释放或者喷发聚变出的能量，形成划区而治、内外有别、安居乐业的宇宙格局。微观旋涡里有电磁力，电引力旋聚出重原子核和电子；磁斥力阻滞物质的旋聚，划分核子和电子分布的层次，释放原子核聚变出的能量，形成划区而治、内外有别、安居乐业的原子结构。电引力与引力类似，强引力是电引力控制原子核的那一部分；磁斥力与斥力类似。

物质的外围是暗物质。暗物质不是物质，虽然能够显示出被吸引的特征，但没有质量，没有温度。物质是粒子。非物质是粒子的颖，包在粒子的赤道外边。科学家们的“以太”、负电子海、虚的光子和正负电子对、Higgs 粒子、量子以太都属于暗物质的范畴。暗物质与物质如影随形，无法分隔。我们身体里的原子、电子周围都有暗物质，只是我们没有感觉到，所以不承认而已。

总之，真空里没有物质，没有物质的“以太”、负电子海、虚的光子和正负电子对、Higgs 粒子、量子以太；但却有暗物质。把物质的“以太”、负电子海、虚的光子和正负电子对、Higgs 粒子、量子以太引进真空，会使科学研究乱成一锅粥。建议改用暗物质，以正视听。

上世纪60年代，苏联天文学家卡尔达谢夫提出了卡尔达谢夫指数，将文明划分为三个等级，具体内容比较复杂，比如说怎么计算一个文明的等级是多少，那我是搞不明白的。不过我们可将粗略地认为，I型文明可以利用行星的能量，并具备开发行星际殖民地的能力，比如将火星或金星改造成适合人类生存的新家园；II型文明可以利用恒星的能量，并具有开发恒星际殖民地的能力，比如说跑三体世界去给殖民它们；III型文明那就比你们不知道高到哪里去了，他们可以利用整个星系的能量，而且这个星系并不是指太阳系这样的小星系，而是银河系、仙女星系这样的巨无霸，这样的文明将具备开发星系际殖民地的能力，这场景就好比是《星球大战》或是《星际迷航》，同时，III型文明甚至可以开发黑洞与真空的能量，把这哥俩开发出来能干成什么事儿？我也不知道，但可以肯定的是，如今绝大部分的科学幻想都可以成为现实。

其实从本质上看，三个不同等级的文明，其最主要的差别就在于生存能力。对于现在还没有达到I型文明的人类来说，我们的生存完全离不开地球，如果地球玩儿完了，咱们也都得跟着玩儿完，所以我们整天都要担心着超级火山的臭脾气，提防着小行星的来访，也在祈祷着大规模核战争不会爆发，因为所有这些都可以摧毁我们脆弱的蓝色星球。而如果人类达到I型文明水平，就完全不必担心，此处不留爷，自有留爷处，哥们咱到火星重新安家就行了。当然了在太阳系内部混，就得看太阳的脾气，太阳是有寿命的，最终它将膨胀为一颗红巨星，虽然目前的理论模型认为，太阳不会发生超新星爆发，但红巨星阶段着实也够太阳系内的类地行星受得了，反正基本上是活不成了。但如果人类达到II型文明就不必看太阳的脸色，因为我们完全有能力抛弃衰老的太阳系，在银河系内部寻找理想的家园。抑或者等太阳稳定成一颗白矮星之后，我们再回来也不是不可能，造一颗行星继续让太阳发挥余热也未尝不可。银河系内的上千亿颗个性不等的恒星能让人类续上多少年，目前谁也不清楚。但总有一天，银河系也将以某种未知的形式消亡，届时处于II型文明的人类也将无处可逃，想要延续，唯一的办法便是达到III型文明，因为不论星系存在与否，黑洞和真空能都将赋予我们能量。

但正所谓大难不死，必有一死。如果宇宙也续不下去了，人类又该何去何从呢？目前的理论认为，大概是在一个古戈年之后，黑洞将开始蒸发和解体，同时由于宇宙的加速膨胀，所有有形的物质将土崩瓦解，大撕裂将主导宇宙的命运，甚至将这一进程提前到几十亿、几百亿年之后，届时的宇宙，将成为核废料和漂浮着亚原子粒子的海洋。面对这样的终极毁灭，文明还有延续的可能吗？答案未必是否定的，至少我们还有两种选择。

第一种选择就是什么都不做，弗里曼-戴森曾提出，当宇宙变得越来越冷时，智能生命会自行进行调整，其思考速度也会越来越慢。最终，一个简单的想法可能就需要上百万年的思考时间，虽然思考的速度很慢，但是由于沟通的速度同样放慢到了数百万年时间，所以一切看起来都是正常的。

在这样的世界中，很多事情将变得极为有趣，比如说原本在人的一生中不太可能发生的量子跃迁，可能会开始常规性的发生。虫洞可能在我们眼前打开和关闭，泡沫宇宙可能会突然出现或消失。所有这些怪异现象的发生，都是因为我们的思维实在太慢了。

这看起来并没有什么大问题，但其实戴森的方案只是一个暂时性的解决方案，因为分子的运动最终会变得很慢，以致于信息无法从一个地方传递到另一个地方。此时，所有的活动，包括思考，无论它们有多么缓慢，事实上它们都将停止。

或许我们还有更为激进的方案，卡尔达谢夫虽然指出了文明的三个等级，但为什么就不能存在IV型文明呢？可以发现，每一类型的文明都要比它前一类型的文明，强大100亿至1000亿倍，由于可见宇宙中大约有1000亿个星系，所以IV型文明可以利用整个可见宇宙的能量。而能量便取自宇宙中最大的能量来源——暗能量。IV型文明将操控暗能量并逆转大撕裂。根据物理学家加来道雄的说法，处于IV型文明的生命，或许可以操纵弦理论中的一些“超维”，并创造一个暗能量反转极性的球体，以此来逆转宇宙膨胀。在这个球体之外，宇宙可能仍在以指数级膨胀，但在这个球体内部，星系则可以正常演化。这样一来，即便宇宙在球体的周围已经死去，但文明也能生存下去。

这是第一种解决方案。从某种意义上看，这就像是一个升级版的戴森球，不过戴森球的目的是捕捉恒星的能量，而这个球体的目的则是捕捉暗能量，这样就可以抑制宇宙膨胀。

第二种解决方案那就更牛逼了，这就是离开正在消亡的宇宙，进入一个更为年轻的宇宙，而通道便是虫洞。在爱因斯坦为我们描绘的图像中，宇宙是一个膨胀的巨大气泡，我们就生活在气泡的表面。而弦理论则为我们描绘了一幅更为壮观的图景，那就是除了我们宇宙的气泡之外，还存在着其他的气泡，它们每一个都是弦方程的解。事实上，或许有许多宇宙气泡，它们形成了多重宇宙。这些气泡中有许多是极小的，在微型宇宙大爆炸中突然出现，然后迅速坍缩，它们中的大多数对我们来说都没有意义。霍金曾把在真空中不断搅动的它们称之为“时空泡沫”，所以虚无不是空的，而是充满了不断运动的宇宙。

于是，一幅全新的图景出现了，那就是婴儿宇宙从母宇宙中萌芽，而我们的宇宙也只不过是一个更大的多重宇宙的一小块。

如果事实真是如此，那么文明或许将永不消亡。一个先进的文明可能会建造一个大小相当于小行星带的巨大的粒子加速器，用它来打开一个虫洞，之后用负能量将虫洞稳定下来，那么它就可能会提供一条通向另一个宇宙的逃生之路。负能量从哪搞？一个来源是卡西米尔效应，另一个来源表示更高的维度。也就是说，只要我们可以利用高维度，便既能改变暗能量的值，从而防止发生大撕裂，也可以产生负能量来帮助稳定虫洞。

当然了，多重宇宙中的每个气泡，都具有不同的物理定律，在理想情况下，我们会进入一个原子处于稳定状态且暗能量少得多的平行宇宙，这使它可以通过膨胀将温度降到足够低，同时又不至于因加速膨胀而较早进入大撕裂，毕竟搞一个虫洞可能也不容易。

我们还可以更大胆的设想，未来人类制造的虫洞已经存在于宇宙之中，只等在关键时刻拯救他们的祖先，或者也可以拯救他们自己。这是一个通往 历史 与未来的通道，有了这样的通道，还有什么是不可能的呢？好了，我真心编不下去了。