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星際迷航中的曲速

發(fā)展史

星際旅行中多個星球都有自己開發(fā)出曲速的發(fā)展歷史；在地球，曲速是由澤弗拉姆·科克倫（Zefram Cochrane）所開發(fā)。在電影《第一次接觸》里提到的發(fā)明年代是第三次世界大戰(zhàn)終戰(zhàn)后10年的2063年，試飛船為鳳凰號；但在原始電視劇《星際迷航：初代》里則暗示曲速科技更早些年就已經(jīng)被使用，雖然證據(jù)不明。小說《星際旅行之星際聯(lián)邦》（ Star Trek: Federation ）則提到2061年科克倫發(fā)明曲速引擎。

其他文明，比如瓦肯人或安多利亞人則比地球更早發(fā)明曲速引擎，在地球開始接觸外星文明的前期（例如：22世紀），這些行星的曲速科技也遠超前于地球所能及，比如最高可達速度與最高巡航速度。

在星際旅行試映電視劇《The Cage》里，曲速被稱為“時間翹曲”（time warp）。這集里反應(yīng)了時間障（time barrier）已被打破，但既然這些對話是對一群船只失事的星際旅行者報告的新消息，則不可能是指光速障的打破。（試映電視劇描繪了一堆事情是與后來電視劇不相符的。）

曲速航行的速率通常以曲速層級（warp factor）代之。一般認為曲速1級是真空光速（ c ）；更高的層級下，速率呈指數(shù)增加。原始電視劇的數(shù)個電視劇曾設(shè)定了 進取號 冒著危險以高曲速層級航行，一度高到曲速14.6級（“That Which Survives”）。然而，任一曲速層級的實際速度從未在屏幕上顯明地被陳述，以作為經(jīng)典紀錄。更甚者，各電視劇中航行時間與星際距離在陳述上，從未嚴格地保持一貫性（甚至是相當松散的）。

在了解到一貫性的問題，同時亦為了展開新的故事情節(jié)，《下一代》的創(chuàng)造者決定曲速10級應(yīng)作為最大值。后臺的星際旅行術(shù)語建議將曲速尺標重新調(diào)整，將舊曲速6級變?yōu)樾虑?級，而曲速10級為無限大速度而無法達到。制作人指示船只可以任意接近曲速10級，但就是無法到達剛好曲速10級。如此則Q與旅人等生命體則能以相當快的速度航行，又可以回避限制。舉例而言，據(jù)估計，旅人將進取號推進到曲速9.999996級的速度。而第四代電視劇《重返地球》中的電視劇“Threshold”附議了這項設(shè)定，其中角色提到曲速10級的速度是不可能達到的，因為那是無限大的速度——但不管如何，隨后他們卻達到了，伴隨了快速地（反向）演化成兩棲類的蠑螈的副作用。（雖然許多影迷、制作人員，甚至是該集的編劇與制作人布蘭農(nóng)普遍忽略該集的事件。）

一般普遍接受：以曲速航行的船艦不會感受到任何形式的時間展長；畢竟總體來說，曲速船艦與宇宙間沒有資訊交換。若船艦是采用脈沖引擎，速度則為次光速（亞光速），會感受到時間展長，因為沖量式驅(qū)動的船只仍處在正常時空連續(xù)體。也因為這樣，多數(shù)船只會將沖量速度限制在大約四分之一光速。

而在2013年上映的新星際迷航電影系列星際迷航：暗黑無界，有一段在曲速中進行艦對艦戰(zhàn)斗的情節(jié)，并出現(xiàn)了進取號（NCC-1701）被打出曲速場卻沒有被曲速場邊緣極高的時空曲率破壞的情節(jié)，但官方暫時未有理論支持這段情節(jié)的出現(xiàn)。

超曲速引擎

超曲速（transwarp）被多次使用，指的是曲速引擎的高階形式，常為博格人所使用；但也是一項不成功的星際艦隊開發(fā)計劃的課題，出現(xiàn)在電影 石破天驚 中。如同欲進入曲速而不會用上無限多的能量，是要在星艦的周遭產(chǎn)生曲速場來突破光速障（在我們的宇宙中是個理論上不可能的事件）；相似地，也需要超曲速場來達到非常高的超光速速率（使得船艦?zāi)茉诤芏虝r間內(nèi)橫越銀河等級的距離。）

星際聯(lián)邦的實驗

實驗中的聯(lián)邦星艦精進號（NX-2000）在史戴爾斯（Styles）艦長的領(lǐng)導下，成為聯(lián)邦對于超曲速技術(shù)的實驗船艦。雖然在《石破天驚》的大屏幕上并未解釋，一般認為超曲速是傳統(tǒng)曲速引擎的快速版本。精進號的首次操作測試會失敗，是因為蒙哥馬利·斯科特的暗中破壞，因此才能阻止精進號追逐進取號。在電影《未來之城》的事件中，精進號（在蘇魯艦長的領(lǐng)導下）已經(jīng)改裝上標準曲速引擎，因此被認為超曲速測試是以失敗告終。

在2374年，聯(lián)邦星艦不屈號的船員被派任一項任務(wù)，前往研究聯(lián)邦領(lǐng)域中的稀有子空間壓縮現(xiàn)象。原先希望對于這個異?，F(xiàn)象的進一步研究，能夠引領(lǐng)創(chuàng)造出可用的超曲速引擎。不幸地這項任務(wù)被珍哈達的攻擊所打斷，然而船艦由婕琪婭·戴克斯少校、麥爾斯·奧布賴恩總管、朱利安·巴希爾醫(yī)生與沃爾夫少校成功奪回。

博格人與其他外星人

博格人（如在《星際旅行：下一代》上下二集電視劇"Descent"與《航海家號》最后電視劇"Endgame"）使用了名叫“超曲速導管”（transwarp conduits）的異常現(xiàn)象——一些特別的子空間區(qū)域使得超曲速航行可以比傳統(tǒng)曲速引擎快到20倍。博格超曲速導管是由編碼過的迅子脈沖所啟動。當博格船只進入超曲速導管時，會感受到極大的重力場剪應(yīng)力。為了補償，博格人設(shè)計了船只前方的的結(jié)構(gòu)完整力場（structural integrity field）。人造導管由超曲速中繼站（transwarp hub）連接起來。已知有六個中繼站存在，但一個在電視劇"Endgame"中被摧毀；而且凱瑟琳·珍妮薇少將刻意將自身感染神經(jīng)裂解性病原體（neurolytic pathogen）后再被同化入集合體，整個博格集合體可能也因此遭到毀滅。雖然這點需要進一步的厘清，但既然博格人是彼此連結(jié)，很可能每個博格個體都遭受連帶的毀滅。

博格超曲速技術(shù)類似于Arturis種族所用的量子滑流技術(shù)。

曲速速度

《初代》中，根據(jù)吉恩·羅登伯里（Gene Roddenberry）與他的電視劇編劇指引，曲速速率（s）與曲速層級（w）的三次方呈倍數(shù)關(guān)系： s ( w ) = w 3 c {\displaystyle s(w)=w^{3}c} 。（ 另有未經(jīng)證實的說法指出羅登伯里原本是要將曲速層級的數(shù)字簡單地對應(yīng)到光速的倍數(shù)，例如曲速9級表示9倍光速（c），而一群早期的影迷在一間旅館圍住他，告訴他這種設(shè)定是無法運作的。 ）

按照這樣原則，可以將《初代》中不同曲速層級所對應(yīng)的速率列表如下：

然而這樣設(shè)定仍然無法完整解釋整個電視劇所出現(xiàn)的場合，因為如此進取號航行速度變得過慢，和電視系列劇中所提的有時相抵觸，例如 That Which Survives 這集中，進取號以曲速8.4級航行了11.33小時，而橫越了990.7光年（此段文句為史波克的臺詞）。這樣計算出來的速率超過600,000倍光速；即使是曲速15級，這樣也還超過兩個數(shù)量級。對于進取號來說，這也是事實，因為他可以容易地由銀河的一邊航行到另一邊。

新式曲速速度

  新式曲速層級對應(yīng)的速度表與消耗功率。白色是新式速度；鉻黃色是消耗功率；圖中另標有舊式曲速層級對應(yīng)的速度表，以藍綠色呈現(xiàn)。

在后起的幾部電視劇，奧田以舊制為基礎(chǔ)設(shè)置了一項公式，但做出了幾個重要的改變。對于1至9級曲速，若 w 是曲速層級， s 是以公里每秒計量的速率，而 c 表示光速，則 s ( w ) = w 10 3 c {\displaystyle s(w)=w^{10 \over 3}c} .在曲速9級到曲速10級間的半開放區(qū)間， w 的指數(shù)項快速地增加到無限大。如此，在奧田式尺度中，曲速以漸近線方式趨向曲速10級。這段區(qū)間并沒有精確公式，因為在這一段所摘錄到的速率是根據(jù)手繪曲線。然而在1995年，科克倫曲速力學進展獎（Cochrane Award for Advancements in Warp Mechanics）頒給了一位勝出者，其所提的曲速公式為[1]：

其中

A ( w ) {\displaystyle A(w)\,} 為 0.20467 e ? ? --> 0.0058 ( l o g ( 100 , 000 ? ? --> 10 , 000 w ) ) 5 {\displaystyle 0.20467e^{-0.0058(log(100,000-10,000w))^{5}}} ，

B ( w ) {\displaystyle B(w)\,} 為 1 + 1 3 ( 2 c o s ( 10 π π --> l o g ( 8 100 ? ? --> 10 w ) ) ? ? --> 1 ) e ? ? --> 49.369 ( l o g ( 8 100 ? ? --> 10 w ) ) 4 {\displaystyle 1+{\frac {1}{3}}(2cos(10\pi log({\frac {8}{100-10w}}))-1)e^{-49.369(log({\frac {8}{100-10w}}))^{4}}} ，

C ( w ) {\displaystyle C(w)\,} 為 1 + 1.88269 π π --> 2 ? ? --> a t a n ( 10 w l o g ( 20 , 000 ? ? --> 2000 w ) ) π π --> {\displaystyle 1+1.88269{\frac {{\frac {\pi }{2}}-atan(10^{w}log(20,000-2000w))}{\pi }}} 。利用數(shù)學軟件所產(chǎn)生來的曲線竟然和原始手繪曲線極度相符。

下方為新式曲速層級（warp factor）和它們以公里每秒為計的大約值，以及幾倍光速（ c ）：

后起的電視劇在遵守這些速度規(guī)范上做得比原始電視劇好；然而仍離“完美”這詞甚遠?！缎请H旅行：下一代》的末后集數(shù)（例如"Descent"）和這些規(guī)范相抵觸，而《星際旅行：深空九號》所提到的聯(lián)邦星際艦隊的戰(zhàn)略操作（艦隊移動）也是以奧田式尺度下不可能達到的速度在運作?！逗胶＜姨枴冯m然是以奧田尺度的基礎(chǔ)作為前提，但在幾回顯著的例子，例如"Parallax"或"The 37"s"這兩集中，提到的曲速速度也和奧田標準相差甚遠。

曲速理論與曲速科技

要對曲速推進系統(tǒng)有更深入的討論，通常會參考由里克·史騰巴赫（Rick Sternbach）和麥可·奧田（Michael Okuda）所著的《星際旅行：下一代技術(shù)手冊》（Star Trek: The Next Generation Technical Manual）第五章“曲速推進系統(tǒng)”，其中提到幾項主題：

曲速場理論與應(yīng)用，包括了曲速測量、速度，以及限制。

物質(zhì)-反物質(zhì)反應(yīng)組，包括了反應(yīng)物噴射器、磁性約束節(jié)、反應(yīng)腔，二鋰晶體的角色，以及能源傳輸導管。

曲速場莢艙，包括了等離子體噴射系統(tǒng)、曲速場線圈，以及曲速推進效應(yīng)。

反物質(zhì)儲存與輸送、曲速推進系統(tǒng)燃料供應(yīng)、巴薩沖壓噴射機的燃料補給，以及船上反物質(zhì)生成。

輪機室操作與安全、緊急關(guān)閉流程，以及災(zāi)變發(fā)生流程。

然而需注意的，電視劇常常有與《星際旅行：下一代技術(shù)手冊》或《星際旅行：深空九號技術(shù)手冊》矛盾的地方。

連續(xù)體扭曲推進（continuum distortion propulsion）的精髓在于產(chǎn)生包覆船艦的曲速場。利用來自物質(zhì)／反物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生出的高能等離子體，以其對曲速機艙的子空間線圈充能，可以產(chǎn)生出曲速場。

能夠克服廣義相對論所提的限制，其關(guān)鍵在于子空間場減低了所包覆物體所感的重力常數(shù)。如果場的影響使重力常數(shù)減到零值，這時傳統(tǒng)上需遵守的相對論就不發(fā)生作用，以此情況下，質(zhì)量因素已被挪除。船艦可以透過“非對稱蠕動場”操控獲得推進力。這是指子空間場是按照從前向后的架構(gòu)充能，因而將船艦周遭的空間推動，而產(chǎn)生了連續(xù)體扭曲推進（continuum distorsion propulsion）這樣的名字。一層曲速場可以達到曲速一級的速度，然而有意思地，這樣的速度并非剛好是光速，以這樣速度行進的物體，即使是光本身，在光速上下的兩種速度態(tài)之間交替變換，每個態(tài)的停留時間不超過普朗克時間。

達到高曲速層級的關(guān)鍵在于將多層曲速場套疊在一起，并調(diào)和曲速場間的耦合率和去耦合率。在高曲速時，耦合與去耦合效應(yīng)造就了更大的推進力。如同上面曲速尺標圖所指的，要達到高曲速層級所要花的能量隨著速度極快地增加，使得要達到曲速10級看起來是不可能的——場的耦合與去耦合率會短于普朗克時間，同時能量要求會超過曲速核所能負載。

既然曲速場是對齊好的，并以從前到后的架構(gòu)產(chǎn)生，就生出了一項疑問：如果場沒有對齊的話會出什么狀況？推測上，這會造成船艦結(jié)構(gòu)完整度的災(zāi)難性影響——船身一部分會以比其他部分更快的速度航行，然而船身會撕裂開來。

重力助推

在星際旅行全部系列中，曲速航行的一項副作用是重力助推（Slingshot effect）。在初代最初幾個電視劇中的“Tomorrow is Yesterday”這集內(nèi)容中，進取號發(fā)生意外而首次發(fā)現(xiàn)這項效應(yīng)，成了利用曲速引擎做時光旅行的方法。雖然實際程序的設(shè)定故意保留模糊化，但大體上它涉及了以高曲速向恒星航行（設(shè)定于第四部電影《搶救未來》，大概速度超過曲速9.8級），軌跡設(shè)定在精確計算的彈射路徑。若成功，則旅行至過去或未來都是被允許的。相同的技術(shù)隨后于電視劇Assignment Earth中被故意使用，目的是進行歷史研究；其中此技術(shù)被命名為“光速脫離級數(shù)”（light speed breakaway factor）。而在電影《搶救未來》中又被用上；其中此技術(shù)被稱為“時間翹曲”（time warp）。這項技術(shù)在《星際旅行：下一代》電視劇“Time Squared”中被提及是一種可行的時間旅行方法。

曲速造成的環(huán)境影響

在《星際旅行：下一代》第七季電視劇“Force of Nature”中，曲速航行對子空間有不利影響，且在一些區(qū)域，頻繁使用航線的路徑上可能會造成子空間裂縫。因此在此之后的電視劇，超過曲速5級的航行被禁止，然而在影迷社群中有過爭論，討論到這項禁令是只針對受影響區(qū)域而設(shè)，或者是全區(qū)的禁令。如果這是全區(qū)的限制，那在之后的電視劇與系列電視劇則被廣泛地忽略，也鮮少提及。然而，曾有這么一例，在《星際旅行：下一代》一集中，皮卡爾艦長下令以高于曲速5級的速度航行，而有人提醒他這項禁令。一些影迷臆測已有技術(shù)解決方案被發(fā)現(xiàn)，并可能用到了聯(lián)邦星艦航海家號的曲速引擎上頭。這點由星際旅行官方網(wǎng)站的圖文庫所證實，其中解釋了航海家號設(shè)計上可以高于曲速5級的速度航行而不會造成子空間破壞，比如空間裂縫。元首級星艦進取號-E也配有進階曲速動力引擎，允許相當高的曲速航行而不破壞空間結(jié)構(gòu)。

非科幻的曲速引擎的現(xiàn)實可行性

如許多星艦迷所知，許多未來性技術(shù)是在星際旅行中首次被勾畫出來，并且后來也被真正的發(fā)明，例如折疊式手機、平板電腦、通訊徽章、皮下注射器（hypospray）、精靈刀（機械手臂光子刀），以及目前正在開發(fā)中的物品（例如 VISOR （ 英語 ： Geordi_La_Forge#VISOR ） ）。于1996年，美國國家航空航天局（NASA）成立了突破性推進物理計劃（Breakthrough Propulsion Physics Program, BPP），其中部分經(jīng)費支援了曲速引擎方面的推測性工作。這項計劃在2002年中止。

思想實驗還在理論物理荒蕪的前沿漫步前進，時至今日仍未有允許曲速航行且被主流科學接受的體系被拓展出來。一些物理學家提出一種超光速航行的模型，以勞侖茲流形的架構(gòu)來陳述；這種架構(gòu)在廣義相對論中被用以建立時空模型。然而，相反于平常的誤解，這些模型并非愛因斯坦場方程式的解。它們也沒有給出如何實做曲速泡（warp bubble）的提示。這些模型確實指出速度是無法超過（局域）光速，但原理上卻可能可以透過對時空本身做適度的彎曲，來回避光速限制的問題。其中最廣為人知的是阿庫別瑞引擎，具有有趣的特質(zhì)——其用詞上與星旅系列術(shù)語一致：“曲速層級”是空間（或者說時空更為恰當）翹曲的量度，而不是實際速度。

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