在星舰企业号上，您和船员们一起玩扑克游戏。您在悠闲的深空探索中以脉冲速度旅行，每个人都有一些停机时间。但是等等——突然间，这艘船收到了一位联邦海军上将的紧急信息，通知船员中立区爆发了战争。企业被命令尽快报告情况。有问题的区域距离我们大约 20 光年（117 万亿公里），但这在《星际迷航》宇宙中是没有问题的。船长适当地调整船的曲速驱动，然后你就适应了曲速。旅行速度超过光速，您应该在几分钟内到达目的地。

自从人类仰望天空以来，太空就让我们着迷，天文学家和哲学家都在凝视星空时提出了最基本的问题。无论如何，我们在这里做什么？宇宙是如何开始的，是否还有其他平行宇宙可以反映我们的宇宙？在其他星系中是否有生命存在，在那里旅行会是什么感觉？

虽然我们还没有完全回答这些问题，但我们至少有像《星际迷航》这样的科幻小说来测试人类的想象力。从 HG Wells 的“时间机器”到“星际迷航”再到乔斯·韦登的“萤火虫”系列，一切都触及了时间旅行、传送，当然还有曲速的可能性。但是像曲速这样的东西如何融入现实和我们的宇宙呢？曲率速度只是一种古怪的科幻设备，还是理论上的可能？它在《星际迷航》宇宙中是如何运作的？

内容

1. 牛顿第三运动定律
2. 爱因斯坦、相对论和时空连续体
3. 曲速引擎
4. 曲率速度问题

当这架航天飞机进入轨道时，它将以每小时 17,000 英里的速度行进。在这种类型的航天飞机中，人类可以承受这种速度，但如果航天飞机甚至试图接近光速，那么结果将证明对宇航员来说是致命的。

在了解曲率速度之前，您需要了解的最重要的事情之一实际上是物理学书中最古老的技巧之一，牛顿第三运动定律。您可能以前听说过——这条定律指出，对于每一个动作，都会有一个相等和相反的反应。它只是意味着对于两个物体之间的每次相互作用，都有一对力作用于它们。例如，如果您将一个台球直接滚入另一个静止的台球中，它们将相互施加相等的力。移动的球会击中静止的球并将其推开，但也会被后者推回。

每次你在汽车上加速或在飞机上飞行时，你都会感觉到这条定律开始发挥作用。当车辆加速并向前移动时，您会感到座椅上有压力。座位在推你，但你也在对座位施加一个力。

那么这与《星际迷航》和企业号有什么关系呢？就算可以加速到光速的一半，这种剧烈的加速也会把人撞在座位上砸死人。尽管他会以相等且相反的力向后推，但与星舰相比，他的质量太小了——当蚊子撞到你的挡风玻璃并飞溅时，也会发生同样的事情。那么企业号怎么可能在不*死船上成员的情况下超过光速呢？

为了回避牛顿运动第三定律的问题和事情比旅行的速度更快是不可能的，我们可以看看爱因斯坦和空间之间的关系的时间。总之，由三个维度（上下、左右和前后）组成的空间和时间都是所谓的时空连续体的一部分。

爱因斯坦在他的狭义相对论中提出了两个假设：

1. 光速（大约每秒 300,000,000 米）对于所有观察者来说都是相同的，无论他们是否在移动。
2. 任何以恒定速度移动的人都应该遵守相同的物理定律。

把这两个想法放在一起，爱因斯坦意识到空间和时间是相对的——一个运动的物体实际上比静止的物体经历时间的速度慢。尽管这对我们来说似乎很荒谬，但与光速相比，我们旅行的速度慢得令人难以置信，因此当我们跑步或乘飞机旅行时，我们不会注意到手表上的指针走得更慢。科学家实际上已经通过用高速火箭飞船发送原子钟来证明这一现象。他们稍微落后于地面上的时钟返回地球。

这对柯克船长和他的团队意味着什么？物体越接近光速，该物体实际上经历的时间就越慢。如果企业号以接近光速的速度从地球安全地到达银河系中心，则需要 25,000 年的地球时间。然而，对于船员来说，这次旅行可能只需要 10 年。

尽管对于船上的个人来说，这个时间框架是可能的，但我们面临着另一个问题——如果一艘星际飞船需要 50,000 年的时间才能撞上我们银河系的中心，那么一个试图运行星际文明的联邦将会遇到一些问题。

因此，企业号必须避开光速，以使船上的乘客与联邦时间保持同步。同时，它也必须达到比光速更快的速度，才能以有效的方式在宇宙中移动。不幸的是，正如爱因斯坦在他的狭义相对论中所说的那样，没有什么比光速更快。因此，如果我们研究狭义相对论，太空旅行将是不可能的。

根据爱因斯坦的广义相对论，物质会扭曲空间和时间结构。时空连续体的扭曲甚至会影响光的行为。

这就是为什么我们需要看看爱因斯坦后来的理论，广义相对论，它描述了重力如何影响空间的形状和时间的流动。想象一张张开的床单。如果您将保龄球放在床单的中间，床单会随着球的重量向下推而翘曲。如果您将棒球放在同一张纸上，它会朝保龄球滚动。这是一个简单的设计，空间并不像二维床单，但它可以应用于我们的太阳系之类的东西——像我们的太阳这样质量更大的物体可以扭曲空间并影响周围行星的轨道. 当然，行星不会落入太阳，因为它们的运行速度很高。

操纵空间的能力是关于曲率速度最重要的概念。如果企业号能够通过扩张后面的区域和收缩前面的区域来扭曲时空连续体，机组人员就可以避免以光速飞行。只要它能产生自己的引力场，星际飞船就能以非常慢的速度在本地行驶，从而避免了牛顿第三运动定律的缺陷，并使时钟与发射地点和目的地保持同步。船本身并不是在以“速度”行驶——它更像是在将起点向后推的同时将目的地拉向自己。

围绕星舰的扭曲气泡，在空间和时间扭曲时保护飞船和船员。

因为爱因斯坦广义相对论背后的想法很复杂，而且仍然可以解释，这为科幻作家留下了广阔的可能性。我们可能不知道如何用我们目前的技术弯曲空间和时间，但未来的虚构文明可能完全有能力以正确的想象力发明这样的设备。

在“星际迷航”宇宙中，通过使用扭曲驱动器来实现扭曲速度。曲速引擎由物质-反物质反应提供动力，这种反应由一种叫做二锂的物质调节。这种反应会产生称为电等离子体的高能等离子体，这是一种具有自身磁场的物质，会与星舰的曲速线圈发生反应。经线线圈通常封闭在“星际迷航”作者所说的经线机舱中。整个包裹在企业周围创建了一个“扭曲场”或“气泡”，使飞船及其船员在周围空间操纵时保持安全。

在第一部电视连续剧（“星际迷航：原版”）和第二部（“星际迷航：下一代”）之间的某个时间，编剧们决定为经线速度设定一个限制——使用 Warp-1 的比例来Warp-10，进取号不允许随时随地旅行，因为那样会使绘图变得太容易。在节目中，Warp-10 变成了一个不可能的最大速度，一个无限大，其中星际飞船将同时位于宇宙中的所有点。根据“下一代”技术手册，Warp-9.6 是可达到的最高速度——它被设置为光速的 1,909 倍。

所以爱因斯坦帮助《星际迷航》作者在科幻宇宙中操纵空间，但真的有可能建造一艘可以在相对较短的时间内推动人们穿越浩瀚星系的宇宙飞船吗？

物理学家 Miguel Alcubierre 建议使用所谓的“奇异物质”，这是一种具有负能量的理论物质。如果它可以被发现或创造出来，那么奇异的物质就会起到排斥时空和创造引力场的作用。

不幸的是，就可能的燃料来源而言，这就是可能的——当涉及到驱动翘曲速度的概念时，问题多于解决方案。即使企业号以亚光速飞行，这对《星际迷航》的粉丝来说被称为脉冲驱动，快速穿越太空所需的燃料和能量对于一艘星舰来说也太多了。进取号的脉冲驱动由核聚变提供动力，与照亮太阳并由某些核弹产生巨大爆炸的反应相同. 根据理论物理学家、《星际迷航物理学》一书的作者劳伦斯克劳斯博士的说法，如果柯克船长想以光速的一半（150,000 公里/秒）行进，星舰需要燃烧其质量的 81 倍氢是用于核聚变的燃料。《星际迷航：下一代》的技术手册将进取号列为超过400万吨的重量，因此这艘船需要超过3亿吨的氢气才能继续前进。当然，要减速停止，星舰还需要 3 亿公吨燃料，而一次穿越星系的潜在旅行需要“企业号”质量的 6,642 倍。

一些人提出了一个系统，在该系统中，一个装置在星舰航行时收集氢气，无需储存大量燃料，但克劳斯建议该装置必须有大约 25 英里宽才能捕获任何值得使用的东西。尽管氢是银河系中最丰富的元素，但每立方英寸只有大约一个氢原子。

使曲速驱动器工作将是另一回事。“星际迷航”中的曲速引擎通过使物质与反物质发生反应来获得动力——结果是完全湮灭并释放出纯能量。由于反物质在我们的宇宙中并不常见，因此联邦必须生产它，而我们今天可以在伊利诺伊州的费米国家加速器实验室 (Fermilab) 做到这一点。再次证明，问题是为曲速引擎提供动力所需的燃料量的问题。克鲁斯指出，费米实验室能够在一小时内产生 500 亿个反质子——足以产生 1/1000 瓦的能量。您需要 100,000 个费米实验室来为单个灯泡供电. 就我们目前的技术而言，产生足够的反质子来弯曲时空连续体几乎是不可能的。