當人類、動物和機器在世界各地移動時，它們總是會遵循動量守恆定律。然而，來自佐治亞理工學院的科學家們現在已經證明了相反的情況–當物體存在於彎曲的空間中時，事實證明，它們實際上可以在不遵守該定律的情況下移動。
這些發現於7月28日發表在《美國國家科學院院刊》上。在這篇論文中，一個科學家團隊創造了一個被限制在球形表面的機器人，它與環境的隔離程度是前所未有的，因此這些曲率引起的影響將佔主導地位。研究人員由佐治亞理工學院物理學院的副教授Zeb Rocklin領導。
“我們讓我們的形狀變化物體在最簡單的彎曲空間，即球體上移動，以系統地研究彎曲空間的運動，”Rocklin說。“我們了解到，預測的效果確實發生了，它是如此的反直覺，以至於被一些物理學家所否定：當機器人改變其形狀時，它以一種不能歸因於環境相互作用的方式圍繞球體向前移動。”
創造一個彎曲的路徑
科學家們開始研究一個物體如何在一個彎曲的空間內移動。他們需要將物體限制在球體上，使其與彎曲空間中的環境產生最小的互動或動量交換。為了做到這一點，他們讓一組電機作為運動質量在彎曲的軌道上驅動。然後，他們將這個系統整體連接到一個旋轉軸上，使電機始終在球體上運動。為了盡量減少摩擦，軸由空氣軸承和襯套支撐。為了最大限度地減少重力的殘餘力量，軸的排列被調整為與地球的重力一致。
從那時起，當機器人繼續移動時，重力和摩擦力對它施加了輕微的力。這些力與曲率效應混合在一起，產生了一種奇怪的動態，其特性是兩者都無法單獨引起的。這項研究提供了一個重要的示範，說明彎曲的空間是如何實現的，以及它如何從根本上挑戰為平面空間設計的物理規律和直覺。Rocklin希望所開發的實驗技術將使其他研究人員能夠探索這些彎曲的空間。
在空間和其他方面的應用
雖然影響很小，但隨着機器人技術變得越來越精確，了解這種曲率引起的影響可能具有實際意義，就像重力引起的輕微頻率偏移對GPS系統向軌道衛星準確傳達其位置變得至關重要。最終，如何利用空間的曲率進行運動的原理可能會讓航天器在黑洞周圍的高度彎曲的空間中航行。
“這項研究也與‘Impossible Engine’研究有關，”Rocklin說。“它的創造者聲稱，它可以在沒有任何推進劑的情況下向前移動。那個引擎確實是不可能的，但是由於時空非常輕微的彎曲，一個設備實際上可以在沒有任何外力或發射推進劑的情況下向前移動–這是一個新發現。”