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未来太空旅行或可实现 超光速控制引力是关键

2013年05月27日 11:51
来源:凤凰科技 作者:严炎刘星

即将上市的星际迷航游戏将再次点燃人们对太空探索旅程的热情。

凤凰科技讯 北京时间5月27日消息,美国太空网报道,另一部《星际迷航》又上映了,这标志着珍贵的星际飞船事业仍如火如荼的进行。为了实现这种不可思议的星际飞行,我们需要超过光速(FTL)的飞行,控制惯性和引力作用,需要极端的能源供应,以及社会准则来实现安全管理如此多的能量。在这幻想与现实学术研究之间,人类究竟取得了什么样的进展?

首先,太空飞行的技术目标早在几十年前就已经不再是享有出版物传奇的科幻小说,但这并不意味着这些突破性进展已经处于被发现的边缘,而是这些概念已经发展到能够揭示需要关注的问题。一篇研究生水平的论文,加上选择继续科研,基本就可以作为“推进科学的边沿”的编辑。对于其它芸芸大众而言,现实版的星际迷航可能还并不明了,接下来将对其进行简单的介绍。

超光速发动机

考虑到恒星之间的距离,光速显得太慢了。光到达距离我们最近的临近恒星系统(半人马座阿尔法星)需要至少4年。最近的可居住的星系与我们的距离可能为25光年至200光年。此外,考虑到每周会见新的外星人,我们的宇宙飞船需要“幼稚”巡航速度至少达到光速的2.5万倍。用“幼稚”这个词是为了提醒我们,我们并不知道当速度超过光速时,时空会发生什么变化。

至于实现超光速飞行,虫洞和弯曲驱动在理论上是可行的,但理论还未发展到能够指导具体的建造。这些理论是基于爱因斯坦的广义相对论。正在进行的研究主要关注于能量方面——如何降低所需的能耗以及如何创造和应用所需的“负能量”。其中一个我们已经发现的结论便是,在实现超光速飞行方面,虫洞比弯曲驱动更节能。

近期有关美国宇航局约翰逊航天中心哈罗德·“索尼”·怀特( Harold "Sonny" White)研究工作的报道略有夸大之嫌。他的研究工作是试图测量负能量的存在所引起的时空扭曲。虽然笔者暂时还无法引用他研究所使用的假设或者方法,但类似这样的相关信息目前还尚未出版。

量子物理学也提出了某些与超光速有关的现象。一系列现象,例如隧道效应和纠缠,都被列入“量子非局域性”的标题之下,这个术语来自于美国西雅图华盛顿大学的物理学家约翰·克莱姆(John Cramer)。克莱姆试图测试这类现象背后可能的时间悖论的启示,但目前这项工作仍不完备。

控制引力和惯性力

想象一下一艘你最喜欢的星际飞船上,船员正在正常的来回走动,就像在地球上的某个工作室里一样。这意味着这艘飞船正为船员的舒适和健康提供着引力场——而在深空这种引力场并不存在。这或可能是一项意义深远的突破性进展!考虑到实现超光速飞行的难度,人们往往容易忽视这样重要的特征。由于引力在科幻小说中无处不在以至于人们甚至没有意识到它的存在以及它的重要启示意义。不幸的是,它目前还没有任何响亮的名字以引起人们的注意并彰显它的本质意义。

考虑到已经具备在宇宙飞船内部产生加速力的能力,不难想象在宇宙飞船外部这种力也是能够产生的,由此推动宇宙飞船在宇宙中来回移动。这种非火箭太空驱动可能也是一项重大的突破。

不仅如此,用于操纵引力和惯性力的物理学还暗示着移动长距离物体的“牵引光束”的能力,偏移临近天体的“防盾”能力,加上感知那些我们甚至无法测量的时空特性的能力。

研究人员已经发表了不少文章,描述了不止一种产生加速场的方法,两种方法在理论上都与爱因斯坦的广义相对论相符合(物理学家罗伯特·富沃德(Robert Forward)1963年发表的文章,以及勒维奇维塔(Levi-Civita)效应)。两种方法都面临着令人怯步的理论以及应用挑战,类似于弯曲驱动和虫洞。

然而,并不是没有办法解决这些挑战,例如2012年在期刊《英国星际学会》上发表的文章《太空驱动物理学:引论和接下来步骤》。这些挑战激起了研究作者麦克·G·米立斯(Marc G. Millis)的兴趣,他翻阅了艾丁顿和马赫的研究,以测试时空(惯性坐标系)和电磁之间耦合方式的不同形成机制。

史无前例的能源存储和能量使用

星际飞行——即使在可预见的科技背景下——仍然需要大量的能源,比人类所取得的能量还要多的多。在电影《星际迷航》中,人类使用物质-反物质提供能量(在影片中反物质已经是现存的物理现象),主要是将物质转化为能量。想想爱因斯坦的著名方程E=mc2,我们的宇宙飞船飞船至少需要那么多能量,甚至更多。

核能,如果用于星际飞行,将会极大的增加利用可预见的未来科技进行太空活动的程度。超光速飞行所需要的能量水平,从天文学家角度讲是异常的高,它将改善现存的研究,而非现在纯粹的幻想。

其它科幻小说也曾引用量子零点能量作为方法的能源。尽管量子真空能源深深的植根于不可思议的理论和实验方法中,目前的研究仍不够成熟,无法回答放大能源转化的问题。目前,利用微小的电极间距实现微小的能量转化是可能的。尽管这些实验并非能量萃取器,但它们的确是用于实验性探索物理学里这些尚未成熟的课题的完美工具。

持续和平的社会

《星际迷航》中超越科技的另一个重要元素便是社会:创造一个合作的文化社会,后者能够在保证自身安全的前提下控制恒星飞行的强度,这一点非常重要,尤其是考虑到恒星飞行所需要的真实能量的效能时。这不仅仅是激励人心的科幻概念,而是关乎我们物种存活的问题。

虽然种种迹象表明人类整体正变得越来越和平,但科学家仍担心这其中的挑战可能比为超光速和可控引力创造新物理学还要更大。幸运的是,目前我们仍能有所作为,深思每个人将如何解决彼此之间观点、需要和需求之间的冲突问题。

你需要做些什么?

如果你想成为追求“星际迷航”式太空飞行的开业者,你将需要获得一定的物理学教育,拥有丰富的想象力,准备辛勤的研究各种细节,即使面对挫折也坚持不懈,拥有个人悟性并将持续的探索而非关注于短期回报,即使有时候可能不得不重新再来。(编译/严炎刘星)

[责任编辑:杜苗] 标签:星际迷航 未来太空旅行 超光速

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