1994年，物理學家米格爾·阿爾庫別雷(Miguel Alcubierre)想知道超光速曲速驅動的虛構概念是否可以用廣義相對論的真實物理學來描述。阿爾庫別雷采用了愛因斯坦廣義相對論的場方程，并用它做了一些相當不尋常的事情。

通常，人們會采用一組質量和能量，它表示在方程右側的能動張量T_μν，然后計算左側相應的時空曲率。但阿爾庫別雷的計算過程則相反，他從一個特定的幾何結構開始，具體是一個扭曲的氣泡時空，然后求解出實現它所需的相應質量和能量。他的解通常被稱為阿爾庫別雷驅動（曲速驅動），并引發了數十篇后續論文進一步研究這個主題。

阿爾庫別雷解涉及一個中心區域，乘客將居住在其中的普通平坦時空中。然后空間結構不斷膨脹并推動乘客前進，就像宇宙本身當前正在膨脹從而將星系彼此分開一樣。這個想法的精妙之處在于，雖然質量不能加速超過光速，但空間本身沒有這樣的規則，因此包含乘客的中心區域可以以任意快的速度行駛。

盡管這令人興奮，但并不意味著阿爾庫別雷驅動實際上在物理上是合理的。因此，今天讓我們來看看實現阿爾庫別爾驅動力的六個最突出的障礙，并對每個障礙的可行性進行一些思考。

問題一：能量和質量需求

針對該驅動器的第一個問題是它需要大量的能量。例如，在阿爾庫別雷發表論文后不久，邁克爾·普芬寧(Michael J.Pfenning)和L.H.福特(L.H.Ford)也發表了一篇文章，他們估計所需的質量比可觀測宇宙的質量大10 個數量級。但在1999年，克里斯·范登布羅克 (Chris Van Den Broeck)稍微修改了曲速氣泡的形狀，將所需質量降低到只有三個太陽質量。

這雖然仍是一個巨大的能量，但在短短幾年的時間里，人類的聰明才智已經將曲速驅動器的質量需求從比宇宙還大減少到只剩三顆星。因此，想象一下，如果進一步研究，我們可能可以將其降低到生活水平。另一個問題是，材料的實際外殼需要非常薄，通常接近普朗克長度，我們能否達到這種技術水平？

問題二：奇異物質

雖然我們剛才討論了能源需求這一話題，但還有一個小問題，那就是我們需要的是負能量或負質量。這是一開始阿爾庫別雷的原始論文就認識到的問題，并且在理論上違反了廣義相對論中的弱能量條件。弱能量條件規定，所有類時觀察者必須看到正能量密度。順便說一句，這里的“類時觀察者”是指一個總是在時間中前進并體驗時間自然流動的人，

為了給這種違規行為提供一些可信度，阿爾庫別雷本人甚至在27年后寫了他唯一的曲速驅動的后續論文，更詳細地探討了這種違規行為。違反弱能量條件意味著負能量或負質量的存在，不幸的是，我們不知道任何具有負質量的粒子。但物理學也不禁止這種粒子，因此這樣的粒子被描述為奇異物質。

卡西米爾效應是引起負能量壓力的一個眾所周知的例子，它一直是許多曲速驅動支持者的希望。然而，重要的是，我們尚不清楚這是否可以用于扭曲空間。

人們普遍認為阿爾庫別雷驅動違反了弱能條件，但2021年鮑勃里克和馬蒂爾(Alexey Bobrick, Gianni Martire)、費爾和海森堡(Shaun D.B. Fell, Lavinia Heisenberg)、埃里克·倫茨(Erik W Lentz)的三篇論文對這一觀點提出了挑戰。然而就在去年，杰西卡·圣地亞哥(Jessica Santiago)及其同事反駁說這些論文都是錯誤的，他們認為，這些論文所完成的任務是為特定的觀察者找到一種正能量解決方案，但弱能量條件要求所有的類時觀察者。

問題三：視界問題

在阿爾庫別雷原始論文發表后不久，謝爾蓋·克拉西科夫(S. V. Krasnikov)指出，其中的乘客將無法控制、駕駛或停止這個時空氣泡，也無法以任何方式與外界互動。試圖與氣泡前側相互作用的光子在接近時會簡單地堆積起來，并相對于從未完全到達的前側保持相對靜止狀態。

其后果是相當深遠的，曲速氣泡內的任何人或任何東西都無法控制甚至無法創造曲速氣泡。畢竟，他們在這里產生的任何能量場都無法到達氣泡的前面。這種情況類似于宇宙學中視界的概念，如果一個人穿過黑洞的事件視界，就不可能與黑洞之外的宇宙相互作用。

這個問題表明曲速驅動器無法作為孤立的實體實現，我們總是需要提前建設一些基礎設施來實現這種旅行。就像星際高速公路一樣，我們需要某種巨大的管道，其沿途裝有負能量場發生器，在適當的時刻打開以產生氣泡效果。

問題四：輻射

視界問題會導致另一個問題，即輻射，布倫丹·麥克莫尼格爾(Brendan McMonigal)及其同事在2012年的一篇論文中對此進行了探討。想象一下，當曲速驅動器從后面追上一個光子時，光子被捕獲在氣泡的前面，并以超光速被拖拽。不幸的是，當飛船最終停止在其目的地時，所有被捕獲的粒子突然被釋放，并且由于氣泡運動，它們以更多的能量釋放。能量轉儲是如此之大，以至于足以完全消除整個行星。當然，只需在目標之外停下來，然后以亞光速繼續剩余的旅程，就可以減輕這種危險。

不過，更令人擔憂的是曲速氣泡內部發生的事情。由于視界問題，氣泡邊緣的量子對產生效應，將產生霍金輻射。斯特凡諾·菲納茲(Stefano Finazzi)及其同事在2009年對此進行了研究，結果表明，輻射的熱溫度相當于普朗克溫度，這是自大爆炸以來從未見過的溫度。菲納茲的結論是，這會導致系統完全不穩定，并且曲速氣泡一產生就幾乎立即崩潰。

問題五：先有雞還是先有蛋的問題

為了制造出曲速驅動，我們必須先創造出超光速物質。1998年，科爾(D H Coule)提出為了使時空進行超光速運動，誘導它的物質分布也必須進行超光速運動。這一結論后來也得到了克里斯·范登布羅克的支持，他說至少有一些奇異物質的運動速度一定超過光速。問題是，為了在平坦時空的內部保護區周圍引起所需的扭曲，一些外來物質必須位于該內部區域之外，并且該內部區域之外的所有物質的移動速度都必須慢于光速。其結果是，部分必要的外來物質將無法跟上氣泡的其余部分。

問題六：因果關系

我要討論的最后一個問題是因果關系違反，也就是說，時間倒流。這里的問題是，這樣的機器可能會產生悖論，例如著名的祖父悖論。奇怪的是，廣義相對論并不禁止時間倒退旅行。

但史蒂芬·霍金認為這確實是不可能的，因為他著名的時間順序保護猜想認為，每當一個人試圖使用時間機器時，量子效應就會阻止這種情況的實際發生，并會以某種方式破壞時間機器并阻止悖論的形成。