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跨越光年 谁能带你去旅行

时间:2016年07月07日 信息来源:科技日报 点击: 【字体:

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采用曲率引擎的新一代超光速飞船概念图



去往邻市,你得给车加满汽油。


去往月球,刚刚完成首飞的长征七号,使用液氧和煤油推进。


去往浩瀚深空,又该给你的飞船加点什么“料”呢?


跨越光年,能耗巨大又无中途补给,让飞船一上路就背上全程“粮草”是行不通的。


为此,科幻书里各出奇招——有就地取材的、有玩穿越的、还有掀起时空巨浪搭便车的。


究竟哪个最靠谱?让我们细读其中的原理,归总出破解之道,再做判断。


巴萨德引擎 就地取材,无限燃料在手边


距离弹性指数:★☆☆☆☆(旅行距离即现实距离)


速度指数:★★★☆☆(不超过光速)


节能指数:★★★★★(氢原子随处可采)


风险指数:★★★☆☆(常规机器故障)


一片不发光的星云,横亘在“克里斯汀号”的必经之路上!


像泰坦尼克号撞向冰山一样,这艘经过3年加速的太空母舰,躲避不及地撞上去。不同的是,飞船不会因为撞击搁浅或撕裂。接近光速让舰体如银针扎透钢板般穿透星云。


钢铁与陨石的撞击与迸裂,给这艘自动收集燃料、自给自足的飞船,一个无法解决的重大故障——减速器损坏,永远继续加速,以无限接近光速的速度“横冲直撞”。


在美国作家波尔·安德森的《宇宙过河卒》一书中,这位七获雨果奖、三获星云奖的作家实景展现了物理学家罗伯特·巴萨德提出的核聚变冲压发动机的工作。


巴萨德引擎的能源来自整个太空,书中这样描述——“恒星间的太空,每立方厘米平均有一个原子。但如果飞船以光速飞行,每秒每平方厘米会遇到300亿个氢原子。”


为了收集氢,安德森为“克里斯汀号”装配了“磁—氢联合力场”,能量脉冲向前延伸百万公里,像个大喇叭吸尘器捕获氢原子、过滤星际灰尘和其他元素,还为飞船防护。


正常情况下,飞船没“油”了会自然抛锚。而当下的危机是,路上全是“粮草”,巴萨德引擎成为一头不断吃草、能量无限的红眼奔马。


“飞到氢原子最稀少的区域!”摆脱能源的招数被锁定在太空的荒漠——星系氏族间的纯黑地带,那里的氢原子聊胜于无。


飞向距离地球3亿光年的地方,在那里“克里斯汀号”遵循着广义相对论,以无限接近光速的速度、无限延长的主观时间飞行,它几小时(飞船上的时间)就能环绕一个星系、两个月把两三亿光年抛在身后。直到……


“奇点萌芽”出现。是的,在无限接近光速的飞行中,“宇宙过河卒”们的时间遵循广义相对论被无限拉长,他们度过了宇宙的轮回,直到大爆炸诞生新宇宙。


巴萨德引擎的假想,与可以实现的技术最为接近,其应用的氢原子收集、核聚变反应、广义相对论等理论都相对完善。


超空间跃迁 玩穿越,不同维度任穿行


距离弹性指数:★★★★★(旅行距离小于现实距离)


速度指数:★☆☆☆☆(对速度无要求)


节能指数:不详


风险指数:★★★★☆(跃迁要求极强精准度)


“超空间跃迁是往来恒星间唯一可行的方法,”在科幻三巨头之一艾萨克·阿西莫夫的《银河帝国》中,整个银河系有近二千五百万颗住人行星,星际旅行如同出国旅行般平常——“跃迁带来一阵轻微震动,体内被轻踢一下,旋即消失,如此而已。”


超空间跃迁之所以实现,史蒂芬·霍金在《时间简史》中用“弦理论”加以推证。形象地说,就是在二维空间中,两点最短距离是平面上的直线,但三维中,就能通过折叠平面拉近两点。而人们相信,宇宙空间可能有十一维,具体的叠加假说目前还在研究。


如果“超空间发动机”能创造一个强大的磁场或重力场,飞船将进入“多维空间”,人类将实现超空间跃迁。这个技术是迄今为止科幻作品中最被认可一种——


科幻经典《海伯利安》中这样描述,“巨树之舰通过量子跃迁穿越遂孔,要量子化,乘客必须呆在冰冻床中确保安全。”


太空战略游戏《家园》中,“超空间核心”可以让母舰无限制地空间跳跃。游戏中对于“超空间跳跃”的危机描述也具象而真实——受外力破坏,在跳跃中的母舰被从超空间通道中挤出,可能迷失在多维空间的空隙中,那里可能是黑洞、可能是“百慕大三角”之类的磁力“坟场”。


超空间跃迁的关键是开启多维空间通道,从何处着手、往哪个方向使劲儿,目前还没有一致的观点,磁力、电力、核能都被视为可能动力。


曲率驱动 掀动时空,另一种“乘风破浪”


距离弹性指数:★☆☆☆☆(旅行距离即现实距离)


速度指数:★★★★★(超光速运行)


节能指数:★☆☆☆☆(要求巨大能量改变空间曲率)


风险指数:★★★★★(时空扭曲难以修复)


如果说超空间跃迁是突破距离“梗”,那么曲率驱动就是突破速度“梗”。


曲率驱动打破“光速”的极限限定,又不违背“没有物体可以局域地快过光速”的广义相对论。


在刘慈欣的《三体》中,侵略地球的三体星第二舰队利用“曲率驱动飞船”后发先至。“对三体第二舰队的观测表明,曲率驱动的宇宙飞行器加速到光速几乎不需要时间。”


曲率引擎由理论物理学家米给尔·阿库别瑞1994年提出,使飞船前方的空间收缩、后方空间扩张,飞船就在太空里“乘”着空间掀起的“波浪”中推进。


空间推着飞船跑,那感觉就像“坐地日行八万里”,飞船的速度是空间速度和飞船自身速度的叠加。在NASA项目前主管马克·米利斯看来,这种空间扩张有先例可循——大爆炸后,宇宙空间以远高于光速的速度膨胀。


据测算,如果技术允许,掀动时空需要1045焦耳能量,这远远超出当前能掌控的能量级别。


刘慈欣在《三体》中也预估了曲率驱动的风险,“引起的某种空间畸变,可能长时间保留,甚至永久存在。”畸变带来的能量风险更动人心魄,悉尼大学的几位教授2012年在对曲率驱动发动机进行计算机模拟时发现,超光速飞行时,运行中的反向能量会一路积累,在减速时瞬间释放,足以毁灭任何物体。


宇宙起始的大爆炸是曲率驱动可实现的最强有力证据,但人类是否有能力拥有并操控“神级别”的能量呢?这是个问题。


(作者:张佳星)
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