如果宇航员突然在星际空间中漂流,他们将被迫将自己的身体推向安全地带,踢腿和挥舞四肢,以到达真空中的避难所。
对他们来说可悲的是,物理学并不那么宽容,让他们漂浮在没有永恒希望的地方。 如果宇宙足够弯曲,他们的挥舞也许就不会那么徒劳。
在我们离开地球的几个世纪前,艾萨克·牛顿简洁地解释了物体运动的原因。 无论是气体的排出、对固体地面的推力,还是鳍对液体的摆动,动作的动量都会因所涉及的元素的总和而守恒,从而产生推动物体前进的反作用力。
如果拿走鸟翅膀周围的空气或鱼尾巴周围的水,每一次拍动翅膀的力量都会同等地推向另一个方向,同时拉动另一个方向,让可怜的动物无力地扑动,没有任何净移动到目的地。
21世纪初,物理学家认为这条规则的漏洞。 如果发生这种运动的 3D 空间是弯曲的,则物体形状或位置的变化不一定遵循动量交换的通常规则,这意味着它不需要推进剂。
弯曲时空本身的几何形状可能意味着物体的变形? 正确的踢腿、拍打或扑动? 毕竟,它的地位可能会发生微妙的净变化。
一方面,时空曲率对运动的影响就像观看一块岩石落到地上一样明显。 爱因斯坦在一个多世纪前的著作中就提到了这一点。。
但要展示扭曲空间中连绵起伏的山丘和山谷如何影响物体自身的自我推进能力则完全是另一回事。
无需前往最近的空间扭曲即可观察其实际情况来自佐治亚理工学院、康奈尔大学、密歇根大学和圣母大学的研究团队在实验室构建了一个弯曲空间模型。
他们的机械版本的球形空间由一组由驱动电机沿着拱形轨道十字路口驱动的质量组成。 整个装置安装在旋转臂上,其定位方式使重力和摩擦阻力最小。
虽然质量并没有与主宰我们稍微平坦的宇宙的物理学隔绝,但系统是平衡的,因此轨道的弯曲会产生与明显弯曲的空间相同的效果。 或者说团队是这么预测的。
当机器人移动时,重力、摩擦力和曲率的混合组合成一种具有独特属性的运动,这种运动可以通过空间的几何形状得到最好的解释。
“我们让我们的变形物体在最简单的弯曲空间——球体上运动,以系统地研究弯曲空间中的运动,”说佐治亚理工学院物理学家 Zeb Rocklin。
“我们了解到,预测的效果确实发生了,这种效果是如此违反直觉,以至于被一些物理学家驳回:当机器人改变形状时,它以一种无法归因于环境相互作用的方式绕着球体缓慢前进。”
尽管影响很小,但使用这些符合理论的实验结果可以帮助改善技术在宇宙曲率变得重要的地方的定位。 即使在像地球自身重力井这样的温和下降中,从长远来看,了解有限的运动如何改变超精确定位也可能变得越来越重要。
当然,物理学家一直走在零推进剂的道路上’' 前。 实验中的小假设力有一种来来去去的方式,引发了对其背后理论有效性的无休止的争论。
对更精确机械的进一步研究可以揭示更多关于游过宇宙锋利边缘的复杂效应的见解。
目前,我们只能希望我们可怜的宇航员周围的虚空的缓坡足以让它在氧气耗尽之前到达安全的避难所。
这项研究发表于美国国家科学院院刊。