如果一个人在没有任何外力辅助的情况下漂浮在太空中，那么无论这个人如何移动自己的四肢，他在太空中都无法移动，而是在原地打转！这是很多人都能直观理解的一个物理常识，也是牛顿运动定律的经典理论之一——作用力与反作用力的一种物理现象。然而，在2022年7月28日，美国佐治亚理工学院的研究人员发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences简称PNAS）的一篇最新论文指出：该研究团队已经证明当物体在弯曲空间时，仅靠物体的变形就可以向前移动。虽然这项研究听起来有点难以置信，但是该实验的理论基础是2003年发表在《科学》期刊上的一个著名理论：如果场是弯曲的，物体可以通过改变其形状而无需反作用力地移动。本期科普文章，小编就来跟大家科普一些这方面相关的知识吧！
放置在平坦空间中的物体即使变形或旋转也“不可能”平移，但在扭曲的空间中可以实现
首先，我们先来了解一下什么是弯曲空间
根据“相对论”我们知道，宇宙空间并不是平展延伸的，而是弯曲延伸的。可以把宇宙想象为一个飘在空中的肥皂泡，从区域性上看，肥皂泡的表膜是平面，但实际上空间是弯曲的。如同我们站在地球上看到的都是平面的三维延伸，但是实际上在太空中我们看地球是一个球体。
研究人员是如何证明当物体存在于弯曲空间时，仅靠物体的变形就可以向前移动的？
美治亚理工学院开发的实验机器人
首先研究人员开发了一个专用机器人，这个机器人有两个手臂和一个轴，可以将重力和摩擦力的影响发挥到极致，机器人手臂上装有一个电机，负责机器人的“变形”。在一切准备就绪后，研究人员打开了电机开关并开始进行测量，当放置在曲面上的机器人通过电机引起质量传递（变形）时，会产生摩擦、重力、空气阻力等非外部作用和反作用力引起的力，机器人会沿着球面逐渐向前移动。
两个拱形结构被用来再现扭曲空间中的运动
这项研究的意义是什么？
科幻片中的宇宙飞船
研究人员表示，如果人类能够利用这种神奇的运动原理，那么，我们最终将有可能制造出无需推进剂就能在宇宙中空间扭曲较大的区域（例如黑洞周围）航行的航天器。目前，这项研究还处于刚起步阶段，在接下来的研究中研究人员需要更复杂更精密的实验仪器才能进一步证明这项新理论的正确性和实用价值。或许在未来，人类能够造出利用空间扭曲，在没有推进装置的情况下就可以穿越天空和太空的航天器！
作者 李亚楠
来源 郑州市第二届科普征文大赛投稿入选作品
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