時空波

時空波的英文是space-time wave，為全國科學技術名詞審定委員會公布的第八批天文學新名詞其中一個天文學名詞。其技術能使星際飛船以衝浪的方式實現超光速旅行。

基本介紹

• 中文名：時空波
• 外文名：space-time wave
• 內容屬性：天體物理學
• 學科：天文學

原理簡介

時空波是全國科學技術名詞審定委員會公布的第八批天文學新名詞之一：時空波 space-time wave。

外文名	space-time wave
語種	英語
中文名	時空波
拼音	shi2 kong1 bo1
中文繁體	時空波
詞條狀態	待審定.第十四批天文學名詞的推薦譯名，天文學進展，2007(1)
內容屬性	04天體物理學

詳細內容

黑洞是迄今為止宇宙學家們了解得最少的宇宙怪物之一，因為黑洞的密度非常高，它可以吞噬光線，使我們無法通過光線觀測它們。但隨著宇宙探測技術的不斷進步，宇宙學家們已經可以通過觀察黑洞對周圍物體的重力影響來發現它們，也可以通過對黑洞周圍散發出的x射線和其它射線的觀測來了解它們。理論上認為，流入黑洞的氣體會先在黑洞邊上形成一個碟狀的大吸盤，x射線就從這個不斷增長的碟狀盤中散發出來。在最新的研究中，科學家們正是通過這些x射線來觀測研究黑洞的。宇宙學家通過這些x射線在黑洞附近觀察到奇異現象，在那裡，有一些氣體物質在以令人驚異的速度圍繞黑洞運轉，其速度高達32190公里 /秒，這個速度超過光速的 1/10。在相對較小的黑洞周圍，氣體物質每秒圍繞黑洞旋轉幾百次，並且閃閃發光，就像旋轉木馬上的閃光燈泡似的。即使在一個巨大黑洞周圍，那些氣體物質的公轉周期也短得驚人，科學家們觀測到位於卡株766星系中的一個黑洞的質量是太陽的1億倍，氣體物質圍繞黑洞旋轉的軌道大約和太陽系的木星軌道相當。但木星的公轉周期是 12年，而那些氣泡圍繞黑洞的周期只有27小時。這些高速旋轉的氣體物質還在黑洞附近產生 了一 個巨大的旋轉之波，並在時空中變形扭曲。在這個區域，光波像柔軟的麵條一樣被拉伸扭曲了，似乎光波試圖努力地掙脫黑洞重力的抓捕。壯烈輝煌的黑洞時空波就這樣彤成了。事實上，任何質量巨大的物體周圍的時間或者空間都會扭由變形，比如，光在經過一些大型恆星或者星系時，就會發生明顯的彎曲。愛因斯坦的理論對此作了完整的預測。在愛因斯坦之後，人們還預測到了更為奇怪的現象，那就是，如果一個物體發生旋轉的話，它就會更進一步地扭曲時空，這種效應被稱為 “結構拉伸”。不僅像黑洞這樣質量巨大的物體周圍會產生時空扭曲，甚至，也有跡象表明，地球的自轉也扭曲了周圍的時空，致使衛星每年被拉近兩米。通過研究愛因斯坦的理論，澳大利亞物理學家約瑟夫、萊恩思和漢斯 瑟株於1918年預言了結構拉伸，這也就是所謂的 “萊恩思一瑟林效應”。結構拉伸也許在黑洞物理學中起著關鍵作用，它不僅使黑洞吞噬 了光和物質，而且也高速地噴發出大量熾熱的氣體，對結構拉伸的研究，可能會進一步加深人們對黑洞的物理認識。

理論發展

光速恆定的前提也與宇宙的大小存在關聯，非恆定的光速可能導致宇宙的收縮，但光速是宇宙中任何物體都不可能超過的速度。在2013年3月份，歐洲物理學期刊D發表了兩篇關於光速的論文，研究人員試圖從宇宙空間的量子特性角度尋找光速的奧秘，兩篇論文都提出了不同的光速作用機制，認為在一個假設出現改變的前提下，光速可能出現改變，但是這樣的空間並不是“空”的，而是充滿了虛擬粒子的巨大“宇宙湯”。

來自法國巴黎第十一大學物理學家馬塞爾·爾本在他的論文中指出，看上去似乎是宇宙真空的環境通常被假設為空的空間，量子物理學定律在粒子尺度上可“規範”亞原子粒子等的行為，相關研究人員所說的空的空間實際上是充滿了基本粒子，比如夸克等，這些虛粒子使得真空環境出現微小的變化，從而決定了光速可能不是常數，應該是隨著虛粒子波動出現一定程度的改變。宇宙中的虛粒子是無法被直接探測到的，但是它們在量子物理學中確是存在的，從量子水平上來看，空的宇宙空間並非是虛空，其中充滿了基本粒子對，比如夸克和反夸克，它們與自己對應的粒子總是呈現配對的關係，當物質與反物質粒子碰撞時就會發生湮滅。

光子在宇宙空間中穿梭時，可與虛粒子發生相互作用，對此物理學家馬塞爾·爾本和他的同事們提出了虛粒子能量可能使光速發生改變的理論，由於虛粒子與光子之間的相互作用存在隨機的特點，因此光子的移動速度也會隨該影響的作用而出現變化。對於光速非恆定的理論假設，馬塞爾·爾本通過本項研究提出了在量子理論框架下的介電常數和磁導率，認為光速的非恆定需要這兩個因素的作用，而且真空中單位體積的虛粒子數量與光子的傳播速度存在關聯。憑藉著先進的觀測儀器，科學家們已經精確測量了光速，即便虛粒子對光速構成了影響，那么這樣的影響也應該是非常微小的。

為了尋找光速的微小波動，研究人員指出可以在較大的宇宙尺度上尋找其痕跡，在一些極端而遙遠的天文現象中觀察光的速度性質，比如伽瑪射線暴可以產生強大的脈衝輻射，並且能作用相當長的距離，在如此大的尺度上光速的波動是可以被檢測到的。此外，馬塞爾·爾本以及其他小組成員還建議使用鏡子反射雷射光速來驗證光速是否是非恆定的理論，這個實驗方法與著名的掩等測量光速實驗有些類似，通過計算一束雷射在反射鏡中反彈的次數來驗證光速是否恆定。

套用實例

由於光速被認為是無法超越的，而且星系之間有著巨大尺度的空間，因此科學家提出了多種超光速旅行的方法，比如時空波的技術可讓星際飛船以“衝浪”的方式實現超光速旅行。科學家對曲速驅動的方式幾乎一無所知，未來的太空飛船會是何種模樣也是個未知數，曲速飛船背後的物理基礎純粹是理論上的認識，而且還需要提供大量的能量源。