如果一個人在沒有任何外力輔助的情況下漂浮在太空中，那么無論這個人如何移動自己的四肢，他在太空中都無法移動，而是在原地打轉(zhuǎn)！這是很多人都能直觀理解的一個物理常識，也是牛頓運動定律的經(jīng)典理論之一——作用力與反作用力的一種物理現(xiàn)象。然而，在2022年7月28日，美國佐治亞理工學院的研究人員發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences簡稱PNAS）的一篇最新論文指出：該研究團隊已經(jīng)證明當物體在彎曲空間時，僅靠物體的變形就可以向前移動。雖然這項研究聽起來有點難以置信，但是該實驗的理論基礎是2003年發(fā)表在《科學》期刊上的一個著名理論：如果場是彎曲的，物體可以通過改變其形狀而無需反作用力地移動。本期科普文章，小編就來跟大家科普一些這方面相關的知識吧！
放置在平坦空間中的物體即使變形或旋轉(zhuǎn)也“不可能”平移，但在扭曲的空間中可以實現(xiàn)
首先，我們先來了解一下什么是彎曲空間
根據(jù)“相對論”我們知道，宇宙空間并不是平展延伸的，而是彎曲延伸的?？梢园延钪嫦胂鬄橐粋€飄在空中的肥皂泡，從區(qū)域性上看，肥皂泡的表膜是平面，但實際上空間是彎曲的。如同我們站在地球上看到的都是平面的三維延伸，但是實際上在太空中我們看地球是一個球體。
研究人員是如何證明當物體存在于彎曲空間時，僅靠物體的變形就可以向前移動的？
美治亞理工學院開發(fā)的實驗機器人
首先研究人員開發(fā)了一個專用機器人，這個機器人有兩個手臂和一個軸，可以將重力和摩擦力的影響發(fā)揮到極致，機器人手臂上裝有一個電機，負責機器人的“變形”。在一切準備就緒后，研究人員打開了電機開關并開始進行測量，當放置在曲面上的機器人通過電機引起質(zhì)量傳遞（變形）時，會產(chǎn)生摩擦、重力、空氣阻力等非外部作用和反作用力引起的力，機器人會沿著球面逐漸向前移動。
兩個拱形結(jié)構(gòu)被用來再現(xiàn)扭曲空間中的運動
這項研究的意義是什么？
科幻片中的宇宙飛船
研究人員表示，如果人類能夠利用這種神奇的運動原理，那么，我們最終將有可能制造出無需推進劑就能在宇宙中空間扭曲較大的區(qū)域（例如黑洞周圍）航行的航天器。目前，這項研究還處于剛起步階段，在接下來的研究中研究人員需要更復雜更精密的實驗儀器才能進一步證明這項新理論的正確性和實用價值。或許在未來，人類能夠造出利用空間扭曲，在沒有推進裝置的情況下就可以穿越天空和太空的航天器！
作者 李亞楠
來源 鄭州市第二屆科普征文大賽投稿入選作品
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