物理學家哈羅德·懷特於2012年將圍繞飛船的那個環狀結構從原先設計中的扁平狀改為甜甜圈那樣的“圓筒形”，這樣一個裝置的驅動所需能量相當於美國宇航局在1977年發射的旅行者號探測器那樣的質量按照質能方程轉化得到的能量值。另外，懷特還發現如果空間彎曲的強度可以隨時間發生起伏變化，並在詹森空間飛行中心建立了一套被稱作“懷特-朱迪曲率場干涉儀”的裝置，這有希望讓這種科幻產物成為真正的現實。
基本介紹
- 中文名：哈羅德·懷特
- 外文名：Harold•White
- 國籍：美國
- 職業：宇宙學家
- 主要成就：改進曲速引擎
進行初步曲速引擎實驗 - 工作地點：美國宇航局NASA
曲速引擎研究簡介,曲率驅動,科學解釋,提出,產生過程,IXS 企業,設計模擬（藝術概念圖）,進展和成果,未來規劃,科幻小說《三體》,
曲速引擎研究簡介
物理學家哈羅德·懷特於2012年將圍繞飛船的那個環狀結構從原先設計中的扁平狀改為甜甜圈那樣的“圓筒形”，計算的結果顯示這樣一個裝置的驅動所需能量相當於美國宇航局在1977年發射的旅行者號探測器那樣的質量按照質能方程轉化得到的能量值。另外，懷特還發現如果空間彎曲的強度可以隨時間發生起伏變化，那么實現這一裝置所需的能量將進一步減少。懷特和他的同事們在實驗室里實驗了他們的小型曲率驅動裝置，並在詹森空間飛行中心建立了一套被稱作“懷特-朱迪曲率場干涉儀”的裝置。簡單地說基本就是使用一束雷射來觸發時空在微觀尺度上的扭曲。這一想法將有希望讓這種科幻產物成為真正的現實。
哈羅德-懷特博士因指出超光速（FTL）旅行是可以實現的而聞名世界。懷特表示，藉助名叫阿庫別瑞引擎（是根據一位同名墨西哥理論物理學家的名字命名的）的東西可以“彎曲”時空，讓人幾乎立刻就能穿行很遠距離。大體上，這種做法可以讓飛船在很短時間裡飛行到幾乎任何地方，所用時間僅為搭乘傳統飛船所用時間的很小一部分。《星際迷航》里使用的飛船，便採用了曲速引擎。
曲率驅動
科學解釋
宇宙的空間並不是平坦的，而是存在著曲率（曲率為半徑的倒數，曲率越大半徑越小），如果把宇宙的整體想像為一張大膜，這張膜的表面是弧形的，整張膜甚至可能是一個封閉的肥皂泡。雖然膜的局部看似平面，但空間曲率還是無處不在。一艘處於太空中的飛船，如果能夠利用某種方式把它後面的一部分空間燙平，減小其曲率，那么飛船就會被前方曲率更大的空間拉過去，這就是曲率驅動。
提出
這一環狀結構構想是用某種奇異的物質建造的，它可以讓時空在圍繞飛船的四周發生彎曲，從而在其面前形成一個縮小版的空間，以及在其後方膨脹了的空間。與此同時，飛船本身將停留在由平滑時空組成的“氣泡”內，這裡的時空曲率不受影響。然而後續進行的計算顯示這樣一種裝置將需要無法達到的極高能量才能實現。
產生過程
這個宇宙的空間並不是平坦的，而是存在著曲率,如果把宇宙的整體想像為一張大膜，這張膜的表面是弧形的，整張膜甚至可能是一個封閉的肥皂泡，雖然膜的局部看似平面，但空間曲率還是無處不在。
早在公元世紀，曾出現過許多極富野心的宇宙航行構想，其中之一就是空間摺疊、構想把大範圍空間的曲率無限增大，像一張紙一樣對摺，把"紙面"上相距千萬光年的遙遠的兩點貼在一起。這個方案嚴格來說不應稱為宇宙航行，而應該叫做"宇宙拖曳"，因為它實質上並不是航行到目的地，而是通過改變空間曲率把目的地拖過來。這種氣吞宇宙的事只有上帝才做得出來，如果加上基礎理論的限制，對於用空間曲率航行又出現了一個溫和的構想，一艘處於太空的飛船如果能用某方式把它後面的一部分空間“熨平”， 減小這部分空間的曲率，那么飛船就會被前方曲率較大的空間拉過去，這就是曲率驅動。
IXS 企業
懷特在一系列新的圖片中揭示了一款名叫“IXS企業（IXS Enterprise）”號的真實飛船如何能夠做到這些。
這些圖片是根據藝術家馬修-傑弗里斯的作品繪製的，他為著名科幻影片《星際迷航》打造了“聯邦星艦企業”號的最初樣子。為了繪製最新圖片，懷特請來了藝術家馬克-拉德梅克和平面設計師邁克-奧庫達。儘管光速被認為是絕對的，但是懷特受到米給爾-阿庫別瑞的啟發，後者假設的一種理論可以在不違背愛因斯坦的理論的情況下，使超光速旅行成為可能。阿庫別瑞的理論在1994年發表，它需要數量驚人的能量，才能讓空間發生膨脹和收縮，以便產生一個“扭曲的時空泡（warp bubble）”，讓飛船在它裡面超光速飛行。讓空間和時間充當推進物，推動飛船在泡泡里穿行，這就如同踏上一部自動扶梯。儘管阿庫別瑞博士表示，他的這個理論只是一種推測，但是懷特認為，他和他的科研組正在向著可以達到的翹曲速度範圍慢慢靠近。
設計模擬（藝術概念圖）
1、該圖顯示的是懷特的“IXS企業”號的藝術概念圖，它是藝術家馬克-拉德梅克繪製的一艘星際飛船，可以準確呈現出第一項超越太陽系的任務將有的樣子。“IXS企業”號是超光速（FTL）飛船的一個擬合理論概念。
2、該飛船有很多特徵可以使星際旅行成為可能。這包括圍繞在中央飛船周圍的兩個環，這些就是眾所周知的阿庫別瑞引擎，用來“扭曲”時空，在短短數天內穿行很多光年。
3、懷特的“IXS企業”號的引擎是根據著名的阿庫別瑞引擎研製的。正如這張插圖顯示的那樣，波中這種伸展的時空導致時空結構的前方向內收縮，而它後面則向外膨脹，從理論上來說，這可以促成“超光速”旅行。
4、這張插圖顯示懷特的完整設計。飛船周圍的支柱顯示了它是如何與外面的環直接連線在一起的。在“橋”的前面是機組成員用來操控飛船的地方。它的後面是存放貨物的地方，燃料所需的不同尋常的物質可以存放在這裡。
5、位於懷特的“IXS企業”號中心的飛船必須足夠小，才能放入兩個環中，而且它也不需要向外伸出太多。這是因為當環被激活時，它們會產生一個“扭曲的時空泡”，據懷特說，當進行躍遷時，位於這個泡泡外面的任何東西都會被切斷。
6、懷特設計的“IXS企業”號飛船與在《星際迷航》的不同劇集中看到的“聯邦星艦企業”號驚人的相似，例如該圖顯示的《星際迷航：下一代》里的畫面。在該片中，這艘科考船被用來“探索陌生的新世界”，並用來“尋找新生命和新文明”
7、該圖顯示的是懷特和拉德梅克以前的設計。這個概念存在很多瑕疵。首先，兩個環太細，這意味著在曲速旅行中，它們需要太多能量。第二，船身的一部分延伸到了環的外面，當“扭曲的時空泡”產生時，它們會被切斷。
8、飛船外面的環事實上將會改變周圍的空間。這種引擎將需要一些古怪的物質才能正常運行，例如違背物理法則的假設粒子（有可能是暗物質），但是迄今為止還從未發現或者是創造出這些物質。
9、21世紀初面臨的主要限制因素是能量，以前人們認為，提供給一次躍遷所需的能量，其質量將相當於一顆行星的質量。但是修訂建議指出，與一輛汽車的質量差不多可能更切合實際。
10、曲速旅行是2014年電影巨製《星際穿越》關注的焦點。該圖顯示的是克里斯托弗-諾蘭的影片《星際穿越》里的一個場景。在這部影片中，由馬修-麥康納主演的庫珀正與一隊人馬執行一項星際任務，搭乘由阿庫別瑞引擎驅動的飛船前去拯救人類。
進展和成果
所謂曲率驅動的概念就是指通過對時空本身的改造來驅動飛船，利用物理學定律中的漏洞來打破光速不可超越的限制。1994年墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利（Miguel Alcubierre）首次提出了現實生活中曲率驅動的概念。物理學家們表示，原先的曲率驅動模式可以進行改造，從而讓它可以用比原先計算少得多的能量條件下實現運行，這一想法將有希望讓這種科幻產物成為真正的現實。
“這讓人看到曙光。”在2012年9月14日於美國宇航局詹森空間飛行中心舉辦的星際飛船100周年研討會上，該局科學家哈羅德·懷特（" Harold "Sonny" White）這樣說道。這一研討會的舉辦旨在探討未來星際航行將會遇到的挑戰。
時空的扭曲
阿爾庫貝利設計的最早期的曲率驅動概念包括一個足球形狀的飛船，其周圍是一圈大型的環狀結構。
理察·奧伯塞（Richard Obousy）是伊卡魯斯星際航行協會（Icarus Interstellar）的主席，這是一個由科學家和工程師們組成的非盈利協會，致力於實現星際航行。他說：“宇宙中的一切都受到光速極限的限制。但是真正酷的東西是時空，也就是空間的格線，它並不受光速極限的限制。”這樣一來，飛船理論上便可以實現以10倍光速飛行，而不會打破宇宙光速極限的限制。
然而科學家們立即發現了問題，那就是，他們發現要想實現這種曲率驅動飛行將需要耗費極大的能量，其能量需求幾乎相當於將整個木星質量按照愛因斯坦質能方程全部轉化之後所得到的能量。
哈羅德·懷特開始考慮，如果將圍繞飛船的那個環狀結構從原先設計中的扁平狀改為甜甜圈那樣的“圓筒形”，會發生什麼情況？計算的結果顯示這樣一個裝置的驅動所需能量僅相當於美國宇航局在1977年發射的旅行者飛船那樣的質量按照質能方程轉化得到的能量值。另外，懷特還發現如果空間彎曲的強度可以隨時間發生起伏變化，那么實現這一裝置所需的能能將進一步減少。懷特告訴美國太空網表示：“我今天所介紹的這一發現將這一概念從虛幻變為可行，它值得進行進一步的投資。”他說：“藉助氣泡強度的震盪起伏實現所需能量的減少將會是一項有趣的預測，我們很期待能在實驗室中觀察到它。”
實驗室測試
他們在詹森空間飛行中心建立了一套被稱作“懷特-朱迪曲率場干涉儀”的裝置。簡單地說基本就是使用一束雷射來觸發時空在微觀尺度上的扭曲。
懷特表示：“我們想看看能否在桌面實驗中實現一個非常微小的成功案例，那就是在1000萬分之一的尺度上形成一個極微小的時空擾動。”當將他的實驗和真正意義上的曲率驅動相比時，懷特將自己的實驗評價為“粗陋不堪”，但是他仍然認為這代表邁出了令人興奮的第一步。
其他科學家對此也持有開放性的態度，他們表示，如果人類真的想認真考慮星際航行的可能性，那么就必須考慮哪怕現在看起來是最離奇的想法，比如曲率驅動。奧伯塞表示：“如果人類真的想最終變為星際文明，那么我們就必須適當地讓我們的思維跳出框框，我們必須大膽一些。”
未來規劃
據美國知名科技部落格Gizmodo說，用地球上的時鐘計算，他們的引擎將能在2周內飛抵阿爾法半人馬座。扭曲時空的過程會很平穩，並不會在很短時間裡使用大量加速度。懷特說：“當你進入扭曲的時空泡時，任何人都不會被甩的撞上艙壁，這將是一次短暫而又糟糕的旅行。”然而他承認，他的研究仍處於小規模階段，也許還需要幾光年時間才能出現一款可以建造像“聯邦星艦企業”號的飛船的引擎。為了讓這個夢想成真，懷特曾擺放一張帶有重要里程標的導覽地圖，它需要符合實現星際旅行的沿途線路。剛開始它將會在地球上做試驗，以便證明該技術是切實可行的。這些最初的試驗非常拙劣，也很基本，但是如果它被證實可行，從理論上來說，它將具有無限套用可能性。
下一步將是把這種扭曲技術套用到一艘飛船上，並完成前往月球的一次短途旅行，接下來是飛往火星。最終將是測試完成超越太陽系的“躍遷”，在短短几個月、幾周，甚至是幾天內抵達目的地所必不可少的技術。21世紀初面臨的主要限制因素是能量，在修訂建議指出，需要從一個行星的質量到一輛汽車的質量差不多。這項研究已經激起了美國宇航局和其他機構的極大興趣。例如，國防高級研究計畫局（Darpa）目前正在實施百年星艦計畫，希望能在下個世紀之交把人類送出太陽系。
科幻小說《三體》
劉慈欣著名科幻小說《三體》世界裡達到光速的方法，但曲率會造成航跡，在“黑暗森林”中被視為文明達到一個先進程度的里程碑，航跡暴露的行星必將受到毀滅性打擊。在第三部中，在小說中地球文明開始研製曲率驅動時在是程心通過雲天明的隱喻的“三個故事”推導出來的。在引擎在廣播紀元8年，程心將星環公司交與托馬斯·維德接管。掩體紀元5年 星環集團宣布研製曲率驅動飛船的計畫。但是掩體紀元11年，托馬斯·維德遵受諾言，甦醒了程心，程心代表星環集團向聯邦政府投降，放棄曲率驅動飛船的計畫，托馬斯·維德被判處死刑，曲率驅動引擎在人類中發展停滯不前，在後來的降維攻擊中，逃逸速率為光速，那是人們才發現光速的重要，但是為時已晚。整個太陽系降成2維，再也看不見了。掩體紀元67年太陽系開始二維化時，程心與艾AA乘坐曲率驅動飛船離開太陽系，於銀河紀元409年到達DX3906，可惜最後也沒能見到雲天明。
