去年九月，數百名科學家、工程師和太空愛好者齊聚休士頓市中心的凱悅酒店，參加「百年星艦」組織的第二次公開會議。該組織由前太空人梅·傑米森領導，並由美國國防高級研究計劃局（DARPA）資助。其使命是「在未來100年內，使人類能夠前往太陽系外的其他恆星成為現實」。
對於大多數與會者而言，載人航天探索的進展令人沮喪地緩慢。儘管過去幾十年投入了數十億美元，但航太機構的能力與上世紀60年代相比並沒有顯著提升，甚至可能更弱。 「百年星艦」計畫旨在透過識別和開發有前景的技術來加速星際旅行的進程。
在為期數天的會議中，與會者可以參加各種研討會，探討諸如器官再生和星際飛船上的有組織宗教等奇特主題。其中最受期待的演講之一是美國太空總署（NASA）的哈羅德「桑尼」懷特帶來的「曲速場力學入門」。懷特在NASA工作了九年，負責約翰遜航太中心（JSC）的先進推進項目，距離凱悅酒店不遠。他與另外五位同事共同撰寫了NASA的16年“在軌推進系統路線圖”，該路線圖概述了NASA未來太空旅行的目標。該計劃涵蓋了各種推進項目，從改進型化學火箭到反物質和核發動機等前沿系統。懷特的研究領域或許是所有領域中最具前瞻性的：曲速引擎。
簡而言之，曲速引擎將使超光速旅行成為可能。大多數人認為這是不可能的，因為它明顯違背了愛因斯坦的廣義相對論。但懷特卻持不同意見。在研討會上，他花了半個小時概述了潛在曲速引擎的物理原理——向與會者講解了阿爾庫別雷氣泡和超空間振盪等概念。他解釋說，他最近計算出了一些理論結果，這些結果可能為實際製造曲速引擎鋪平道路，並且他正在他位於NASA的實驗室（他稱之為「鷹工坊」）進行物理測試。
毋庸置疑，功能完善的曲速引擎將對太空旅行產生巨大影響。它不僅能讓探險者擺脫地球軌道的束縛，還能讓他們探索整個太陽系。懷特表示，如果太空人配備曲速引擎，前往距離我們最近的恆星系統——半人馬座阿爾法星——所需的時間將從75,000年縮短到兩週。
隨著太空梭計畫的終止，以及私人企業在近地軌道飛行中扮演的角色日益重要，NASA表示將重新聚焦於遠距離、大膽的探索，遠遠超越月球這一相對狹小的邊界。但要實現這些目標，NASA必須研發出新型推進系統－速度越快越好。在「星艦百年紀念」活動幾天后，NASA局長查爾斯·博爾登呼應了懷特的觀點。 “總有一天，我們希望達到曲速，”他說，“我們希望超越光速，而且我們的目標遠不止火星。”
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「曲速引擎」一詞首次在主流媒體上使用是在1966年，當時吉恩·羅登貝瑞推出了《星際爭霸戰》。在接下來的30年裡，「曲速」純粹是科幻史上最經久不衰的系列之一中的虛構概念。後來，一位名叫米格爾·阿爾庫維耶的物理學家偶然觀看了一集《星際爭霸戰》。當時他正在攻讀廣義相對論的研究生學位，他開始思考如何才能使「曲速引擎」在物理上可行。 1994年，他發表了一篇論文，詳細闡述了其中的物理原理。
阿爾庫別雷設想了一個空間氣泡。氣泡前端的時空會收縮，而氣泡後端的時空則會膨脹（有點像宇宙大爆炸）。儘管周圍環境動盪不安，時空的形變仍能推動飛行器平穩地前進，如同衝浪一般。理論上，曲速氣泡可以以任意速度移動；愛因斯坦理論中的光速限制僅適用於時空內部，而不適用於時空本身的扭曲。阿爾庫別雷預言，在氣泡內部，時空不會發生變化，因此太空旅行者不會受到傷害。
曲速引擎不僅能讓探險家擺脫地球軌道的束縛，也能讓他們擺脫整個太陽系的束縛。
愛因斯坦的廣義相對論方程式很難在一個方向上求解——即弄清楚物質如何彎曲空間——但反向求解卻相當容易。阿爾庫別雷利用這些方程式確定了製造這種扭曲泡所需的物質分佈。問題在於，這些解需要一種被稱為負能量的晦澀物質形式。
從最基本的定義來看，引力是兩個物體之間的吸引力。任何物體，無論多麼微小，都會對周圍的物質施加一定的吸引力。愛因斯坦的洞見在於，這種力量是時空的彎曲。然而，負能量具有引力排斥性。負能量不會將時空拉近，反而會推開。粗略地說，為了讓阿爾庫別雷的模型成立，他需要負能量來膨脹飛行器背後的時空。
儘管至今無人測量負能量，但量子力學預言它的存在，科學家應該能夠在實驗室中創造它。產生負能量的一種方法是透過卡西米爾效應：兩塊平行的導電板緊密放置，應該會產生少量的負能量。阿爾庫別雷模型的缺陷在於，它需要大量的負能量，比大多數科學家估計的可產生量級高出幾個數量級。
懷特說他找到了繞過這項限制的方法。在電腦模擬中，懷特改變了曲速場的強度和幾何形狀。他確定，理論上，他可以用比阿爾庫別雷預測的少數百萬倍的負能量來製造曲速泡，而且所需的能量可能少到航天器可以攜帶製造這種泡所需的設備。 “這些發現，”他說，“將這項技術從不切實際變成了切實可行。”
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約翰遜航太中心坐落在休士頓與加爾維斯頓灣交界處的潟湖旁，環境優美。這裡頗有郊區大學校園的氛圍，只不過是專門用於太空人訓練的。我到訪的那天，懷特在15號樓與我見面。 15號大樓是一棟低矮的建築，由走廊、辦公室和實驗室組成，裡面設有鷹工坊（Eagleworks）。他穿著一件繡有鷹工坊標誌的polo衫，標誌上是一隻雄鷹俯衝而下，翱翔在一艘未來主義的星際飛船之上。
懷特並非一開始就從事推進系統的工作。他學習的是機械工程，2004年加入美國國家航空暨太空總署（NASA），成為其機器人小組的一員。此前，他自2000年起就以合約工的身份在約翰遜航太中心（JSC）工作。後來，在攻讀等離子體物理學博士學位期間，他曾負責國際太空站的機械手臂。直到2009年，他才將工作重心轉移到推進系統領域。推進系統一直是他的興趣所在，也是他最初加入NASA的原因。
「桑尼是個非常獨特的人，」他的上司約翰·阿普爾懷特說道，阿普爾懷特是約翰遜航天中心工程部推進系統分部的負責人。 「他絕對是一位有遠見卓識的人，同時也是一位工程師。他能將自己的願景轉化為實用的工程產品。」 大約在加入阿普爾懷特團隊的同時，懷特申請成立了自己的實驗室，專門研究先進推進技術。他構思了「鷹工坊」（Eagleworks）這個名字——這是對著名的洛克希德·馬丁公司「臭鼬工廠」（Skunk Works）的一種愛國主義式的戲仿——並讓NASA根據他的要求設計了標誌。然後，他便開始著手工作了。
懷特領我到他的辦公室，他和一位正在月球上尋找水的同事共用這間辦公室。之後，他帶我穿過走廊來到鷹工坊（Eagleworks）。我們邊走邊聊，他講述了自己籌建這個實驗室的歷程，他將其描述為「一個漫長而艱辛的過程，旨在尋找先進推進技術來幫助人類太空探索」。他說話略帶南方口音，這是南方生活多年留下的痕跡──先是在阿拉巴馬州上大學，後來又在德州生活了13年。
懷特帶我走進這間設施，並把我引到其核心裝置前，他稱之為量子真空等離子推進器（QVPT）。這台裝置看起來像一個巨大的紅色天鵝絨甜甜圈，核心周圍纏繞著密密麻麻的電線。它是鷹工公司正在研發的兩項技術之一，另一項是曲速引擎。這項技術目前處於保密狀態。當我詢問時，懷特告訴我，除了這項技術比曲速引擎更先進之外，他不能透露任何其他資訊。他曾在2011年為NASA撰寫的報告中提到，該技術利用真空中的量子漲落作為燃料，因此由QVPT推進的太空船無需額外添加推進劑。
懷特的曲速實驗裝置位於房間的角落。一台氦氖雷射被固定在一張佈滿小孔的桌面上，旁邊還有一個分光鏡和一台黑白商用CCD相機。這是一台懷特-朱迪曲速場干涉儀，懷特以自己和理查德·朱迪的名字命名，朱迪是約翰遜航天中心的一名退休員工，正在幫助懷特分析CCD的數據。一半的雷射光束穿過一個環——懷特的測試裝置。另一半則不穿過。如果這個環沒有影響，懷特預計CCD上會顯示一種訊號。如果它扭曲了空間，他說，“干涉圖樣將會截然不同。”
當裝置啟動時，懷特的裝置看起來宛如電影畫面：雷射發出明亮的紅色光芒，兩束光束交錯，如同光劍一般。環內有四個由鈦酸鋇製成的陶瓷電容器，懷特將它們充電至23000伏特。懷特花了整整一年半的時間設計這個實驗，他說這些電容器將「產生巨大的位能」。然而，當我問到它如何產生扭曲時空所需的負能量時，他卻閃爍其詞。 「這涉及到……我可以告訴你的，我不能告訴你的，」他說。他解釋說，他簽署了保密協議，因此無法透露具體細節。我問他與誰簽署了這些協議。他說：“有人來找我，想談一些事情。我不能透露更多細節。”
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儘管曲速旅行的理論——透過扭曲時空來創造一個移動的氣泡——看似直觀，但卻存在一些重大障礙。塔夫茨大學的理論物理學家勞倫斯‧福特表示，即使懷特能夠大幅減少阿爾庫別雷所需的負能量，其總量也可能遠遠超出科學家目前的能力。福特在過去30年中發表了數十篇關於負能量的期刊文章。福特和其他物理學家指出，負能量能夠在某一空間持續存在的量存在著根本性的物理限制，而不僅僅是工程上的挑戰。
另一個挑戰是，為了製造一個速度超過光速的曲速泡，科學家需要將負能量分佈在飛行器周圍，包括飛行器前方。懷特認為這不是問題；當我問他這個問題時，他含糊其辭地說，曲速引擎之所以能工作，是因為「你擁有某種裝置，可以創造你需要的條件」。但是，要在太空船前方創造這些條件，就意味著要產生一種速度超過光速的負能量分佈，這違反了廣義相對論。
懷特說曲速引擎是可行的，這也等於說他可以製造時光機。
最後，曲速引擎提出了一個概念性問題。在廣義相對論中，超光速旅行等同於時間旅行。懷特說曲速引擎可行，其實也等於說他能製造一台時光機。
這些障礙引發了一些重大的質疑。 「我認為，任何對物理學的正常理解都無法預測他會在他的實驗中看到任何東西，」塔夫茨大學的物理學家肯·奧盧姆說。他曾在2011年「百年星艦」研討會上參與一個關於奇異推進技術的討論小組。米德爾伯里學院的物理學家諾亞·格雷厄姆應我的要求閱讀了懷特的兩篇論文，他在一封電子郵件中寫道：“除了對先前工作的總結之外，我沒有在這兩篇論文中看到任何有效的科學內容。”
現任墨西哥國立自治大學物理學家的阿爾庫比耶雷也對此表示懷疑。 「即便我身處太空船中央，擁有負能量，我也無法將其轉移到我需要的地方，」他在墨西哥城的家中透過電話告訴我。 「這想法不錯。我喜歡它，因為它是我自己寫的。但多年來我發現它有一系列局限性，而且我不知道該如何解決。”
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在約翰遜航太中心主入口左側，一枚土星五號火箭側躺著，各級火箭已分離，露出部分內部結構。它體型龐大，光是其中一台引擎就幾乎和一輛小型車一樣大，整枚火箭豎立起來的長度比一個足球場還要長幾英尺。它靜靜地訴說著太空旅行的艱辛。這枚火箭已有四十年的歷史，它所代表的時代——NASA曾參與一項宏偉的載人登月計劃——早已遠去。如今，約翰遜航太中心給人的感覺就像是一個曾經輝煌一時，但如今已跌落谷底的地方。
推進技術的突破可能預示著約翰遜航太中心和美國太空總署（NASA）的新時代，某種程度上，這個時代已經來臨。 2007年發射的「黎明號」探測器正利用離子推進器探索小行星帶。 2010年，日本團隊部署了「伊卡洛斯號」，這是首個由太陽帆驅動的星際飛船，太陽帆是另一種實驗性推進方式。 2016年，科學家計劃在國際太空站（ISS）上測試VASIMR，這是一種專為高推力推進而設計的等離子體推進系統。雖然這些系統或許有一天能將太空人送上火星，但它們仍然無法將太空人送出太陽系。懷特表示，要實現這一目標，NASA需要開展風險更高的計畫。
曲速引擎或許是NASA所有推進系統研發計畫中最天馬行空的一個。科學界普遍認為懷特無法實現這一目標。專家指出，他的研究違反了自然法則和物理定律。儘管如此，NASA仍然支持這項計劃。 “就他目前的研究而言，他獲得的經費並不算多，”阿普爾懷特說道，“但我認為NASA內部非常希望繼續推進他的研究。這些理論概念一旦實現，將徹底改變遊戲規則。”
一月份，懷特打包了他的曲速乾涉儀，搬到了新的實驗室。鷹工坊（Eagleworks）原來的實驗室已經不夠用了。新實驗室更大，而且，他興奮地說，“它具有抗震性能”，也就是說，它能屏蔽震動。但新實驗室最棒的地方，或許也是最能說明問題的地方。美國太空總署（NASA）把懷特安排到了一個為阿波羅計畫建造的設施裡，正是這個設施把尼爾·阿姆斯壯和巴茲·奧爾德林送上了月球。
康斯坦丁·卡卡斯是新美國基金會的施瓦茨研究員。
本文發表於2013年4月《大眾科學》雜誌。
