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“光速”和“超光速”题主已经熟悉,现在提出“曲速”,果然是要进阶的节奏,好,我们今天来聊聊这个逆天的存在。
三体中的曲率驱动
看过《流浪地球》的同学,不会不知道刘慈欣,刘慈欣成名作《三体》中出现过“曲率驱动”方式,感谢云天明费尽心思的三个童话故事,也感谢圣母的努力,最终让人类全部二维化!打住,回正题。大刘在书中这样写道:“一艘处于太空中的飞船,如果能够用某种方式把它后面的一部分空间熨平,减小其曲率,那么飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去,这就是曲率驱动。曲率驱动不可能像空间折叠那样瞬间到达目的地,但却有可能使飞船以无限接近光速的速度航行。”
科幻吗?见仁见智吧,因为美国NASA已经在做了。
美国国防部披露了一份于2010年4月的报告称,他们正在深入研究各种各样的尖端太空科技,其中包括全新空间推进方式。这份34页的报告最吸引目光的标题是:“曲速推动,暗能量和高维空间操纵”。这项报告里提到的新型推动技术就是曲速引擎。科幻建立于科学之上,所以不管NASA还是大刘的曲速推进还是曲率推进,它们都得有理有据,首先我们得感谢伟大的爱因斯坦,和宇宙有关的,先跪谢他就没错。
在相对论框架中,理论物理学家米基尔•阿库别瑞(Miguel Alcubierre)在1994年推出——阿库别瑞推进模型(Alcubierre Drive)。通过将空间拉伸,使飞船前方的空间收缩而后方的空间拉伸,空间便产生了褶皱,飞船乘着空间波浪前进,速度可以超过光速。
飞船处于“曲速泡”之中,里面是一块平坦时空,飞船依靠空间的涟漪带着它前进,所以,曲速能够超越光速,却并不违反物理学中的“光速最快”原则。
但是以目前人类的科技实力而言,这项技术大家还是想想而已。
首先,要想获得空间曲率操纵能力,第一个必要的条件就是要制造出比真空能更低的能量密度——负能量。然而,目前为止,除了在国内的新闻媒体之外,人类依然无法制造出具现化的负能量。其次,进入曲速飞行的飞行器,“曲速泡”空间是必要的产物,然而在“曲速泡”前进的方向,会堆积大量的负粒子,当飞船脱离出曲率空间之时,累积的负粒子将从曲率空间释放出来,和普通物质制造飞船相接触,一下子产生巨大的正负粒子湮灭作用,飞船将于一瞬间化为乌有。
从启动到试飞,都困难重重。
结语
要把如此科幻的题材用于实际中,目前唯一的希望被寄托在超弦理论的实证,以及多维空间的操纵之上。
但是目前还在玩化学燃料推进体系的人类,真能够拥有如此强大的能量吗?我实在没有多大的信心。
我是猫先生,感谢阅读。
“光速”、“超光速”既然好理解,那“曲速”就也不难理解,就是通过曲里八拐的技术“超超光速”,能够理解吗?
不能?那就来简单解释一下。
在这个世界,光速已经是一个极限,爱因斯坦相对论已经明确限制了我们这个世界的速度,就是任何有静质量的物体都不可能达到光速,一个质子也不行。
这是因为物质的动量会随着速度增加,到光速就会无穷大。无穷大是什么意思呢?就是整个宇宙质量也不是无穷的,这显然是个悖论,就是光速藩篱。
爱因斯坦提出这个定律不是随意想象和说说,而是经过详细论证有一套完整的数理模型支撑的,且得到100多年的无数观测和实验验证,迄今为止绝对正确。你要不服,就拿出证据和理论推翻它,你就能得世界科学大奖。
既然光速不能超越,那怎么解决深空远航蜗牛一样爬行这个瓶颈呢?现在有两个猜想,一个是通过时空隧道,另一个就是曲速航行。
时空隧道就是虫洞,也叫爱因斯坦~罗森桥,是爱因斯坦引力场方程的一个解。意思就是在极大质量天体的扰动下,周边时空极端扭曲,有时会导致一个漩涡空洞,就像一个隧道,又像一座桥,把两个相隔遥远的时空串联起来,如果宇宙飞船从这个洞中穿过,就能跨越时空距离,短时间到达遥远的空间。
这有点像在一张纸上钻一个洞,蚂蚁从这面一下就爬到那面,多快?
这是爱因斯坦相对论中的一个预言,他的许多预言都已经被证实,比如黑洞、时空弯曲、引力透镜等等,但这个虫洞的预言还没有被观测证实,这种理论上存在的东西,在实际中我们能不能发现它,还要拭目以待。
曲速航行简单的说,就是把一块时空扭曲,就像将一张纸折叠起来,这张纸的面积跨度就小了很多,等于就缩短了距离。
这次不是在纸上钻一个洞,而是折叠起来,还是那只蚂蚁,从纸张这头爬到那头甚至爬到反面,就会节省很多时间,甚至可以从纸张这头一步跨越到那头。
这种航行可以超过光速若干倍,但不受光速藩篱的限制。因为扭曲的是时空,飞船本身并没有超光速飞行,更形象的说是跨越式前行,它是从一个时空鸿沟上跨过去,只是节约了时间而已,并非真的飞的很快,因此不会发生光速祖孙悖论效应。
这种曲速航行和虫洞穿越的方式都不违背光速藩篱,但却能够超越光速很多倍地到达目的地。
这个理论也是基于爱因斯坦的时空弯曲理论,宇宙时空就像一张纸,只要把它弯曲折叠就能够实现曲速航行。
但说说容易,真正扭曲时空是要巨大能量的,所以这种技术目前还只能在科幻中实现。
时空弯曲是存在的,已经被无数事实所证实。但这种弯曲都是大质量天体导致的,要人为弯曲,这个能量需要太大了。有人计算过,一个木星的能量才能启动一个小小的飞船。还有的认为能量需求要达到太阳的10亿倍,才能够使时空发生理想的弯曲。
如果这样,就是人力不可为的,至少现阶段人类没有这个能耐。
这似乎是一个很难破解的难题,但有人信心满满雄心勃勃,那就是一伙NASA的科学家们。
NASA的工程师们在“百年星舰”研讨会上,提出了“曲速引擎”实现恒星际宇宙航行的议题,认为该技术有希望实现,并启动了这项技术的研究。
物理学家米格尔·阿尔库维耶雷设想,“曲速驱动”方式是在一艘形似足球的飞船外面,制造一个巨大的环,功能是使飞船外部时空弯曲,形成一个围绕着飞船的曲速泡,这样飞船就在这个泡中跳跃前行。
他们认为,能量需求并不像人们想象的那么大,甚至较小的能量就能够到达很远的地方。
还有人提出负能量和方物质很可能使驱动这种曲速引擎的能源。但这个两个能源都还只能存在于幻想中。
不管怎样这种科幻式宇航技术已经在NASA正在开展试探性研究,据说已经取得良好进展,但最终能否实现,能否用在人类走向深空的“百年星舰”上,还需要几十上百年的等待。
最终会成功吗?我也不知道,您说呢?
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