曲速引擎

title: 星际迷航中的曲速.
title: 发展史.
content: 星际旅行中多个星球都有自己开发出曲速的发展历史;在地球,曲速是由季弗兰·寇克瑞恩(Zefram Cochrane)所开发。在电影《战斗巡航》里提到的发明年代是第三次世界大战终战后10年的2063年,试飞船为凤凰号;但在原始影集《星际迷航:初代》里则暗示曲速科技更早些年就已经被使用,虽然证据不明。小说《星际旅行之星际联邦》("Star Trek: Federation")则提到2061年寇克瑞恩发明曲速引擎。  其他文明,比如瓦肯人或安多利亚人则比地球更早发明曲速引擎,在地球开始接触外星文明的前期(例如:22世纪),这些行星的曲速科技也远超前于地球所能及,比如最高可达速度与最高巡航速度。  在星际旅行试映剧集《The Cage》里,曲速被称为「时间翘曲」(time warp)。这集里反应了时间障(time barrier)已被打破,但既然这些对话是对一群船只失事的星际旅行者报告的新消息,则不可能是指光速障的打破。(试映剧集描绘了许多与后来影集不相符的事情。)  曲速航行的速率通常以曲速层级(warp factor)代之。一般认为曲速1级是真空光速("c");更高的层级下,速率呈指数增加。原始影集的数个剧集曾设定了"企业号"冒着危险以高曲速层级航行,一度高到曲速14.6级(「That Which Survives」)。然而,任一曲速层级的实际速度从未在萤幕上显明地被陈述,以作为经典纪录。更甚者,各影集中航行时间与星际距离在陈述上,从未严格地保持一贯性(甚至是相当松散的)。  在了解到一贯性的问题,同时亦为了展开新的故事情节,《下一代》的创造者决定曲速10级应作为最大值。后台的星际旅行术语建议将曲速尺标重新调整,将旧曲速6级变为新曲速5级,而曲速10级为无限大速度而无法达到。制作人指示船只可以任意接近曲速10级,但就是无法到达刚好曲速10级。如此则Q与旅人等生命体则能以相当快的速度航行,又可以回避限制。举例而言,据估计,旅人将企业号推进到曲速9.999996级的速度。而第四代影集《重返地球》中的剧集「Threshold」附议了这项设定,其中角色提到曲速10级的速度是不可能达到的,因为那是无限大的速度——但不管如何,随后他们却达到了,伴随了快速地(反向)演化成两栖类的蝾螈的副作用。(虽然许多影迷、制作人员,甚至是该集的编剧与制作人布兰农普遍忽略该集的事件。)  一般普遍接受:以曲速航行的船舰不会感受到任何形式的时间展长;毕竟总体来说,曲速船舰与宇宙间没有资讯交换。若船舰是采用脉冲引擎,速度则为次光速(亚光速),会感受到时间展长,因为冲量式驱动的船只仍处在正常时空连续体。也因为这样,多数船只会将冲量速度限制在大约四分之一光速。  而在2013年上映的新星际迷航电影系列暗黑无界:星际争霸战,有一段在曲速中进行舰对舰战斗的情节,并出现了进取号(NCC-1701)被打出曲速场却没有被曲速场边缘极高的时空曲率破坏的情节,但官方暂时未有理论支持这段情节的出现。
title: 超曲速引擎.
content: 超曲速(transwarp)被多次使用,指的是曲速引擎的高阶形式,常为博格人所使用;但也是一项不成功的星际舰队开发计划的课题,出现在电影《石破天惊》中。如同欲进入曲速而不会用上无限多的能量,是要在星舰的周遭产生曲速场来突破光速障(在我们的宇宙中是个理论上不可能的事件);相似地,也需要超曲速场来达到非常高的超光速速率(使得船舰能在很短时间内横越银河等级的距离。)
title: 星际联邦的实验.
content: 实验中的联邦星舰精进号(NX-2000)在史戴尔斯(Styles)舰长的领导下,成为联邦对于超曲速技术的实验船舰。虽然在《石破天惊》的大萤幕上并未解释,一般认为超曲速是传统曲速引擎的快速版本。精进号的首次操作测试会失败,是因为蒙哥马利·斯科特的暗中破坏,因此才能阻止精进号追逐企业号。在电影《迈入未来》的事件中,精进号(在苏鲁舰长的领导下)已经改装上标准曲速引擎,因此被认为超曲速测试是以失败告终。  在2374年,联邦星舰不屈号的船员被派任一项任务,前往研究联邦领域中的稀有子空间压缩现象。原先希望对于这个异常现象的进一步研究,能够引领创造出可用的超曲速引擎。不幸地这项任务被珍哈达的攻击所打断,然而船舰由婕琪·戴克斯少校、麦尔斯·欧布莱恩总管、朱利安·巴希尔医官与武夫少校成功夺回。
title: 博格人与其他外星人.
content: 博格人(如在《银河飞龙》上下二集剧集"Descent"与《重返地球》最后剧集"Endgame")使用了名叫「超曲速导管」(transwarp conduits)的异常现象——一些特别的子空间区域使得超曲速航行可以比传统曲速引擎快到20倍。博格超曲速导管是由编码过的迅子脉冲所启动。当博格船只进入超曲速导管时,会感受到极大的重力场剪应力。为了补偿,博格人设计了船只前方的的结构完整力场(structural integrity field)。人造导管由超曲速中继站(transwarp hub)连接起来。已知有六个中继站存在,但一个在剧集"Endgame"中被摧毁;而且凯瑟琳·珍葳少将刻意将自身感染神经裂解性病原体(neurolytic pathogen)后再被同化入集合体,整个博格集合体可能也因此遭到毁灭。虽然这点需要进一步的厘清,但既然博格人是彼此连结,很可能每个博格个体都遭受连带的毁灭。  博格超曲速技术类似于Arturis种族所用的量子滑流技术。
title: 曲速速度.
content: 《原初系列》中,根据金·罗丹贝利(Gene Roddenberry)与他的剧集编剧指引,曲速速率(s)与曲速层级(w)的三次方呈倍数关系:formula_1。()  按照这样原则,可以将《原初系列》中不同曲速层级所对应的速率列表如下:  然而这样设定仍然无法完整解释整个影集所出现的场合,因为如此企业号航行速度变得过慢,和电视系列剧中所提的有时相抵触,例如"That Which Survives"这集中,企业号以曲速8.4级航行了11.33小时,而横越了990.7光年(此段文句为史巴克的台词)。这样计算出来的速率超过600,000倍光速;即使是曲速15级,这样也还超过两个数量级。对于企业号来说,这也是事实,因为他可以容易地由银河的一边航行到另一边。
title: 新式曲速速度.
content: 在后起的几部影集,奥田以旧制为基础设置了一项公式,但做出了几个重要的改变。对于1至9级曲速,若"w"是曲速层级,"s"是以公里每秒计量的速率,而"c"表示光速,则formula_2.在曲速9级到曲速10级间的半开放区间,"w"的指数项快速地增加到无限大。如此,在奥田式尺度中,曲速以渐近线方式趋向曲速10级。这段区间并没有精确公式,因为在这一段所摘录到的速率是根据手绘曲线。然而在1995年,寇克瑞恩曲速力学进展奖(Cochrane Award for Advancements in Warp Mechanics)颁给了一位胜出者,其所提的曲速公式为:  其中  下方为新式曲速层级(warp factor)和它们以公里每秒为计的大约值,以及几倍光速("c"):  后起的影集在遵守这些速度规范上做得比原始影集好;然而仍离「完美」这词甚远。《银河飞龙》的末后集数(例如"Descent")和这些规范相抵触,而《银河前哨》所提到的联邦星际舰队的战略操作(舰队移动)也是以奥田式尺度下不可能达到的速度在运作。《航海家号》虽然是以奥田尺度的基础作为前提,但在几回显著的例子,例如"Parallax"或"The 37's"这两集中,提到的曲速速度也和奥田标准相差甚远。
title: 曲速理论与曲速科技.
content: 要对曲速推进系统有更深入的讨论,通常会参考由里克·史腾巴赫(Rick Sternbach)和麦可·奥田(Michael Okuda)所著的《银河飞龙技术手册》(Star Trek: The Next Generation Technical Manual)第五章「曲速推进系统」,其中提到几项主题:  然而需注意的,影集常常有与《银河飞龙技术手册》或《银河前哨技术手册》矛盾的地方。  连续体扭曲推进(continuum distortion propulsion)的精髓在于产生包覆船舰的曲速场。利用来自物质/反物质反应产生出的高能电浆,以其对曲速机舱的子空间线圈充能,可以产生出曲速场。  能够克服广义相对论所提的限制,其关键在于子空间场减低了所包覆物体所感的重力常数。如果场的影响使重力常数减到零值,这时传统上需遵守的相对论就不发生作用,以此情况下,质量因素已被挪除。船舰可以透过「非对称蠕动场」操控获得推进力。这是指子空间场是按照从前向后的架构充能,因而将船舰周遭的空间推动,而产生了连续体扭曲推进(continuum distorsion propulsion)这样的名字。一层曲速场可以达到曲速一级的速度,然而有意思地,这样的速度并非刚好是光速,以这样速度行进的物体,即使是光本身,在光速上下的两种速度态之间交替变换,每个态的停留时间不超过普朗克时间。  达到高曲速层级的关键在于将多层曲速场套叠在一起,并调和曲速场间的耦合率和去耦合率。在高曲速时,耦合与去耦合效应造就了更大的推进力。如同上面曲速尺标图所指的,要达到高曲速层级所要花的能量随着速度极快地增加,使得要达到曲速10级看起来是不可能的——场的耦合与去耦合率会短于普朗克时间,同时能量要求会超过曲速核所能负载。  既然曲速场是对齐好的,并以从前到后的架构产生,就生出了一项疑问:如果场没有对齐的话会出什么状况?推测上,这会造成船舰结构完整度的灾难性影响——船身一部分会以比其他部分更快的速度航行,然而船身会撕裂开来。
title: 重力助推.
content: 在星际旅行全部系列中,曲速航行的一项副作用是重力助推(Slingshot effect)。在星际争霸战最初几个剧集中的「Tomorrow is Yesterday」这集内容中,企业号发生意外而首次发现这项效应,成了利用曲速引擎做时光旅行的方法。虽然实际程序的设定故意保留模糊化,但大体上它涉及了以高曲速向恒星航行(设定于第四部电影《抢救未来》,大概速度超过曲速9.8级),轨迹设定在精确计算的弹射路径。若成功,则旅行至过去或未来都是被允许的。相同的技术随后于剧集中被故意使用,目的是进行历史研究;其中此技术被命名为「光速脱离级数」(light speed breakaway factor)。而在电影《抢救未来》中又被用上;其中此技术被称为「时间翘曲」(time warp)。这项技术在《银河飞龙》剧集「Time Squared」中被提及是一种可行的时间旅行方法。
title: 曲速造成的环境影响.
content: 在《银河飞龙》第七季剧集「Force of Nature」中,曲速航行对子空间有不利影响,且在一些区域,频繁使用航线的路径上可能会造成子空间裂缝。因此在此之后的剧集,超过曲速5级的航行被禁止,然而在影迷社群中有过争论,讨论到这项禁令是只针对受影响区域而设,或者是全区的禁令。如果这是全区的限制,那在之后的剧集与系列影集则被广泛地忽略,也鲜少提及。然而,曾有这么一例,在《银河飞龙》一集中,毕凯舰长下令以高于曲速5级的速度航行,而有人提醒他这项禁令。一些影迷臆测已有技术解决方案被发现,并可能用到了联邦星舰航海家号的曲速引擎上头。这点由星际旅行官方网站的图文库所证实,其中解释了航海家号设计上可以高于曲速5级的速度航行而不会造成子空间破坏,比如空间裂缝。元首级星舰企业号-E也配有进阶曲速动力引擎,允许相当高的曲速航行而不破坏空间结构。
title: 非科幻的曲速引擎的现实可行性.
content: 如许多星舰迷所知,许多未来性技术是在星际旅行中首次被勾画出来,并且后来也被真正的发明,例如折叠式手机、平板电脑、通讯徽章、皮下注射器(hypospray)、精灵刀(机械手臂光子刀),以及目前正在开发中的物品(例如VISOR)。于1996年,美国国家航空暨太空总署(NASA)成立了突破性推进物理计划(Breakthrough Propulsion Physics Program, BPP),其中部分经费支援了曲速引擎方面的推测性工作。这项计划在2002年中止。  思想实验还在理论物理荒芜的前沿漫步前进,时至今日仍未有允许曲速航行且被主流科学接受的体系被拓展出来。一些物理学家提出一种超光速航行的模型,以劳仑兹流形的架构来陈述;这种架构在广义相对论中被用以建立时空模型。然而,相反于平常的误解,这些模型并非爱因斯坦场方程序的解。它们也没有给出如何实做曲速泡(warp bubble)的提示。这些模型确实指出速度是无法超过(局域)光速,但原理上却可能可以透过对时空本身做适度的弯曲,来回避光速限制的问题。其中最广为人知的是阿库别瑞引擎,具有有趣的特质——其用词上与星舰系列术语一致:「曲速层级」是空间(或者说时空更为恰当)翘曲的量度,而不是实际速度。

Summary: 曲速引擎(英语:Warp drive)是一种假想的超光速(faster-than-light, FTL)推进系统,经常出现于科幻小说的设定中,尤以在影片《星际旅行》中最为常见。一架装载着曲速引擎的宇宙飞船,可以以快于光速的几个数量级的速度航行,同时又回避了时间膨胀的相对论性的问题。与其他科幻作品的超光速技术(比如跳跃引擎、银河便车指南系列中的无限不可能引擎)不同,曲速引擎并不允许在两点间进行瞬时旅行;曲速引擎技术在宇宙飞船周围创造出了一种正常时空的人工“气泡”。(这与进入独立的区域或次元截然相反,比如出现在星际大战、星际之门、战锤40000、巴比伦5号中的超空间)所以,以曲速速率航行的宇宙飞船在“正常时空”中仍能继续与物质相互作用。