巴西 Federal University of ABC 的物理学家 Níckolas de Aguiar Alves 在攻读硕士期间观看了《Star Trek: The Next Generation》中的“The Battle”一集,随后用物理计算研究了其中的“Picard机动”。在这一集中,Picard舰长让遭到攻击的 Stargazer 以超越光速的速度移动,随后在敌舰附近突然停下并开火。Riker 表示这一机动曾被 Starfleet 的教材提及;据设想,它依靠的是让敌舰看到 Stargazer 的两个影像,并向错误的目标开火。
Alves 表示,多年后,他在一个研究光传播速度较慢介质中粒子的问题时,发现自己绘制的图表让他想起了这一场景。他的计算显示,如果飞船以恒定的超光速前进,可能会形成两个影像;但由于 Stargazer 先加速、随后停止,敌舰将会看到三个影像。他说,尽管细节并不准确,但这一集在很大程度上正确体现了这一基本物理概念。
目前并不期待能够实现超越光速的太空旅行。不过,由于光在水等物质中的传播速度较慢,这类计算可以用于物理学研究。如果一个粒子的速度超过光在水中的速度,就会产生 Cherenkov 辐射,即核反应堆中可见的蓝光。
Alves 真正感兴趣的是“memory effect”,即一列波在粒子的运动中留下永久性变化。这种效应最初是针对引力波提出的,预计在电磁波中也会出现;Niels Bohr Institute 的一名物理学家认为,这种效应在水等介质中可能会更加明显。
为什么重要
这项研究并非旨在验证科幻作品中的一项机动,而是提供了一个相对论实例,表明所观察到的影像数量不仅取决于运动速度,也取决于加速和停止阶段。尽管超光速太空旅行并不被认为现实可行,但光在物质中的传播速度会降低,这使同一数学框架能够与粒子运动联系起来。Cherenkov 辐射构成了这种联系的可观测体现,而研究关注的“memory effect”则将“波是否会在粒子中留下永久性变化”这一问题延伸到了电磁领域。由此,这一主题超越了电视场景在物理上的自洽性,转而关联到一个明确的研究问题:如何研究被认为可能在水等介质中更加明显的电磁记忆效应。