曲率飛行可以實現嗎?

楊瀚欽 18786797364


曲率飛行就是採用曲速引擎為動力的飛行,嚴格意義上來說這種移動不能叫做飛行,而是時空跳躍。總體上來說,時空通訊對曲速引擎的前進持樂觀態度。

從理論上來說,只要有足夠大的能量,就能扭曲時空,對時空產生摺疊效應。

就像一張紙,如果從這頭到那頭,一隻螞蟻要爬很久,但如果把它摺疊起來,根據摺疊的皺褶多少,就能夠一步或者幾部跨越。

這個有點像我們古代描述的一種功夫叫縮地功,可以把大地壓縮,距離縮短,於時此人就能日行千里。

而曲速引擎是壓縮時空,把時空摺疊起來,這與所謂的縮地功道理相同但效果天壤之別。

這是廣義相對論時空彎曲理論的延伸,這個科幻中的設想正在逐漸地進入到科學家們的實際研究。

在科幻電影星際迷航中,使用的就是這項技術,裡面對曲速航行具體操作細節介紹的不多,但最終把曲速層級定為最大值曲速10級。曲速1級為真空光速(c),隨著層級增加曲速呈指數增加,但10級為速度無限大,無法達到,只能無限接近。

在現實中,最早提出這個概念的是上世紀五十年代的德國物理學家海姆,它指出曲速航行就是利用時空扭曲和時空跳躍實現超光速飛行,並提出了一些設想。

但一直到他辭世,他的理論並沒有引起重視,因為大家都認為憑著人類掌控的物質條件,不可能製造出那麼大的引力場。

一直到2005年,德國物理學家豪澤與同事德勒舍爾共同撰寫了一片以海姆理論為基礎的論文,探究“超時空發動機”製造的可能性,沒想到此舉僅得到了美國航天學會的青睞,授予他們為2005年度“核能和未來航空”項目大獎。由此,這項看起來很科幻的理論重新得到了科學界的重視。

一些科學家開始了行動。

美國能源部聖迪亞國家實驗室太空動力研究員羅格·雷納德正在籌劃著做一場實驗,他準備用一部X光發生器,提供實驗所需要的磁場。

2014年6月,美國太空總署(NASA)機械工程師、物理學家懷特正在研究開發可作星際旅行的宇宙飛船“IXS企業號”。他近日和3D藝術家拉德梅克合作,製作出宇宙飛船的概念圖,宣稱一旦飛船面世,只需兩週便可到達距離太陽4光年遠的地方。

2015年5月,美國NASA的科學家們開展了對曲速引擎的研究工作,工作室位於NASA約翰航天中心Eagleworks實驗室,首席科學家為Harold White博士,他們已經研究出一套被稱為EM drive的動力裝置,這種裝置已經獲得了某種推力,這種推理似乎違反了動量守恆定律,一些難題還在研究中。


一些科學家認為,曲速引擎需要巨大的引力場,製造這種場所需能源非常巨大,目前人類無法實現。但另一些科學家卻反駁了這種觀點,認為製造一個小的曲率泡,只要很少的能量就能達到曲率跳躍的要求。

這項工作還僅僅是個起步,但的確是一個十分誘人的前景。

光速時我們這個時空的限制,常規飛行無法突破這個限制,使星際航行變得難以實現。

曲速引擎的設想為人類打開了另一扇窗戶。

採用曲速引擎實現時空跳躍,能夠突破光速限制,甚至獲得若干倍光速的穿梭,但由於其不是採用常規速度飛翔,並不違背光速限制原則,而且也不會產生時間膨脹效應。

這樣就不會產生祖孫佯謬的悖論,人們可以在正常的時光流逝中實現星際的跨越。

這是一個多麼美妙的前景啊,雖然目前這項研究還處於半幻想半真實的狀態,但這項理論已經得到了重量級科學機構的實際進入,這些科學家可不是吃素的,他們正在使這項原本不可能的事情一步步走向可能,超光速跨越或許已經不再是夢想。

所以時空通訊有理由相信,曲速引擎極有可能會成為人類達到二型恆星際文明時,走向星際空間的最重要工具。

奇思妙想,歡迎點評。


時空通訊


曲速飛行在理論上是可以實現的,需要使用阿庫別瑞引擎,壓縮飛船前方的空間,讓飛船後方空間擴張,形成一個曲速泡,飛船就可以裹在泡泡中超光速行駛了,不會受到愛因斯坦相對論的限制,時間也不會膨脹變慢。

但阿庫別瑞引擎也僅僅在理論上可行,現實中還沒法實現。

首先,阿庫別瑞引擎消耗的能量是你完全無法想象的,僅僅運送幾顆原子,就需要消耗掉三個太陽的質量。

其次,阿庫別瑞引擎會出現負能量密度的情況,需要奇異物質來驅動,而奇異物質目前僅在理論上存在,宇宙中還從未發現過。

第三,阿庫別瑞引擎並未完全排除回到過去的時間旅行,違背了時序保護機制,宇宙可能永不准許任何人把它生產出來。

第四,宇宙中雖然物質稀疏,但裝備阿庫別瑞引擎的飛船既然可以超過光速的速度前進,必然會影響整個時空。就像你駕著一架飛機在森林裡飛,很可能會撞上前方的樹木。曲速泡也是一樣,你前面的空間既然被壓縮了,那些星系、恆星、行星和智慧生命又會遭受何等惡劣的待遇呢?你自己也敢保證自己絕對安然無恙?

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徐德文


理論上分析,確實有可能實現,根據就是愛因斯坦的廣義相對論。

廣義相對論徹底打破了我們對時空結構的傳統認知,從牛頓的絕對時空觀但到具有彈性的時空結構。也就是說,我們所在的時空結構並不是平坦的,而是具有彈性,同時可以拉伸,摺疊甚至撕裂!

時空這樣的特性在理論上可以讓科學家們“大做文章”。比如題目中所說的“曲速技術”,也就是曲速引擎技術,在飛船周圍製造時空“氣泡”,利用強大的磁場就可以製造引力場,如果磁場足夠強大,就能進入一個比我們所在時空更高的二度次空間,磁場一消失,飛船就回到現實時空!

所以說,從理論上分析,未來很有可能實現“超光速”飛行,這種超光速並不是絕對速度“超越光速”,而是利用時空結構特性,飛船本身在時空結構中處於相對靜止狀態!

還有一種可能,利用時空具有彈性的特性,可以製造“蟲洞”結構,可以在瞬間達到理論上任何遙遠的距離!

雖然光速不允許我們去超越,但大自然並沒有關閉所有“大門”,我們可以利用大自然的規則間接地“超越光速”!


宇宙探索


曲率飛行可以實現嗎?

從理論上來看是可以實現的,箇中起到關鍵作用的空間;廣義相對論認為,空間是一個可變形的結構,可以在某種能量的作用下膨脹,彎曲以及壓縮;這給我們保留了無限的希望,而曲率飛行正是利用了彎曲空間的彈性推動飛船高速前行。

上圖有三個關鍵,空間在飛船前方被壓縮,在後方被拉伸,如果是三體中的曲率飛行呢,就沒有第三個關鍵因素,如果是星際迷航中的曲速飛行呢則有第三個關鍵結構--飛船周圍有一個環形彎曲空間包裹,兩者類似但差別卻極大,如下:

《三體》中的曲率飛行:壓縮前方空間,拉伸後方空間,彈性空間推動飛船高速前行,但飛船仍然在不斷穿透空間,儘管其利用廣義相對論中的空間彈性原理,但並沒有逃脫狹義相對論的桎梏,無法超越光速,只能無限接近光速,而且時間體系也無法統一,在地面看來,飛船系流逝的時間與地面是不一樣的。

《星際迷航>中的曲速飛行:壓縮前方空間,拉伸後方空間,並且使用彎曲空間包裹飛船,空間的彈性推動中間這個彎曲空間泡前行,飛船相對於周圍的空間泡是靜止的,加速與停止不會影響內部的慣性體系,而且這個空間泡泡可以擺脫狹義相對論框架直到超光速,我們宇宙的膨脹速度就是超光速的,在觀測看來,空間的超光速膨脹並沒有違反相對論。

兩者比較,當然是《星際迷航》中的曲速飛行比較好一些,因為這個時空體系與地面時間流逝是一致的,不會因為光速飛船的時間流逝方式趨向停滯造成比較尷尬的局面。

既然選擇了比較合適的方案,那麼如何來實現呢?我們宇宙中就有一種能造成空間膨脹的重要物質--暗能量,其被認為是造成宇宙加速膨脹的罪魁禍首,那麼我們是否可以利用暗能量的導致空間膨脹的方式來實現這個目的呢?似乎可行但無法造成彎曲空間,我們或者需要找到一種控制暗能量的方式來造就一個獨立於大時空的小時空!

獨立空間泡泡

看上去似乎一切都很順利,其實迄今為止我們連暗能量是啥樣都不知道,控制暗能量更是無從談起,或者我們在空間認識上也有很大的不足,所以以上所有理論都是空中樓閣,如果各位有興趣不妨留言補充


星辰大海路上的種花家


答:理論上存在這種可能性,實際上實現難度極大!


曲速飛行是相對於傳統推進方式的一種完全不同的驅動方式,基於愛因斯坦的廣義相對論——空間是可以彎曲的。然後我們操控並彎曲的空間,並帶動空間內的物體,實現等效的相對移動。

這讓人想起《三體》中,程心和艾AA乘坐的星環號,使用的就是曲速驅動引擎,等效速度為光速;還有電影《星際迷航》裡,曲速引擎也是一項重要的技術,等效速度遠超光速。



超光速飛行的一大限制,就是愛因斯坦的相對論,狹義相對論禁止任何形式的超光速傳遞有效信息,自然也禁止超光速移動物質。


但是廣義相對論又留了一個缺口,就是空間的膨脹速度可以超越光速,曲速飛行理論就是利用這一原理,設想了一種操控空間移動的技術。

飛船前方的空間被壓縮,然後被移動到飛船後方膨脹,等效於空間把飛船推向前方,而且不對飛船產生“慣性力”。因為空間的移動不受光速限制,所以飛船的等效移動能超過光速。



曲速表示空間翹曲的度量,而不是真實的速度,所以繞過了相對論的光速限制。同時,曲速的效果也可以等效看作移動速度,從而實現等效的超光速移動。


目前技術上最大的困難,就是無法制造足夠的能量能讓空間彎曲,所以相應的研究,基本停留在理論當中。



對人類來說,曲速飛行或許是遙遠未來的唯一出路。試想,如果大自然禁止曲速飛行的存在,那麼意味著人類將永遠被限制在宇宙的一個小角落裡,宇宙是如此廣袤,人類只能遠觀而不可及,這將是多麼恐怖的事啊!


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艾伯史密斯


人類要想進行宇宙間星際航行的話,理論上有三種方式,一種是常規的宇宙旅行,就是靠發動機來推動飛船,隨著發動機的進步,人類星際旅行的速度會越來越快,但是根據廣義相對論來看,這種方式之下的航行,永遠不可能超過光速,因為凡是有靜止質量的物體,達到光速的話將需要無限多的能量,所以這樣看來將來的星際航行要超越光速簡直是不可能的!然而科學家們還提出了另外兩種星際航行的方式,一種是蟲洞穿越,另一種就是曲速飛行了。


蟲洞穿越和曲速飛行,理論上都是可以超越光速的航行方法,不過這兩種方式其實都不不是在速度上下功夫了,而是跳出了追求速度的範疇,從而在時間和空間上打主意了,就是說蟲洞穿越和曲速飛行玩兒的已不是速度,而是時空。

蟲洞又叫愛因斯坦-羅森橋,它是相對論中預言的一種天體或者說現象,通常會出現的黑洞附近,對它的穿越比較好理解,就是因為蟲洞彎曲某一部分時空,導致不同地點的距離變近了,就好像一張紙上的這邊到那一邊,本來需要走過一條邊的距離,但是如果把紙對摺起來的話,幾乎一下子就到了,所以蟲洞是一種捷徑。



但是蟲洞又有一種限制,就是它出現的地點不容易設定,所以利用蟲洞穿越的話就只能穿越到它們本來存在的地方,星際航行很難利用它,而且人類至今也沒有發現蟲洞的存在,理論上如果它存在的話也是非常細小和短暫的,根本不允許宇宙飛船這樣大的物體穿過,所以利用蟲洞穿越是很不現實的。

如果說蟲洞是一種宇宙時空現象,那麼曲速飛行就是一種人造時空現象了,它是要在宇宙飛船前進的時候將飛船前面的時空進行壓縮,同時將飛船後面的時空進行擴張,這樣如果宇宙飛船的速度極快的話,理論上飛船將可以超過光速。



不過雖然理論上如此,然而要想壓縮和擴張時空,幾乎需要無限多的能量,雖然《星際迷航》等很多科幻電影中有曲速飛行的假設,但目前我們人類對實現這樣的星際航行還是不可想象的。


人類的方向


確實有科學家提出過該理論,但從目前的科技水平,想要實現,幾乎是遙不可及。

我們都知道,按照目前的手段,想讓一個物體達到光速是不可能的,因為相對論已經從理論層面將其限制了。

不過相對論卻沒有限制空間速度(比如星系之間距離在不斷變大,其原因是宇宙

空間膨脹),那麼我們是不是可以利用這一點去思考呢?

1994年,物理學家阿爾庫貝利基於廣義相對論提出了曲率驅動的概念。將飛船前方空間壓縮,後方空間膨脹,而飛船所處位置空間依舊平坦,這樣飛船可以做到被空間帶著走。

但遺憾的是,這一過程需要負能量來維持,綜合一些其他因素,我們目前並沒有辦法實現這一壯舉。

極速飛行的設想不止曲率飛行這一種,但是曲率飛行從某種程度上來講,是將來星際旅行的最低門檻,為什麼呢?有兩點:速度和時間。

①速度。首先常規手段的加速(反衝),我們沒法達到光速,其次蟲洞旅行需要的負能量則更多

②時間(宇航員的壽命)。宇宙非常之大,最近的恆星系離我們就有4.3光年,也就是光速飛行仍需4.3年,如果我們以20%的光速飛行,那仍舊需要20年,一來一回就是40年,這樣的時間誰受的了呢?

況且以後還要探索更遠的地方,即便是光速,宇航員的壽命也不夠用。而曲率飛行則可以超越光速。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


曲率飛行只是理論上有這個可能,設法讓飛船後面的空間壓縮,前面的空間擴張,這樣後面的空間就會推動飛船前進。但是用什麼力量來使空間壓縮和擴張呢?這必然又要涉及一個能量問題,在《三體》中,人類動用巨大能量,才使一根頭髮動了那麼一點點,那麼又從哪裡能夠持續不斷地獲得使飛船驅動這樣大的一個能量呢。飛船在飛行過程中是消耗能量的,不可能靠慣性跑完全程。初始階段要加速,中間要變軌,最後階段要減速,還有克服各種星體的引力,太空中充滿各種遊蕩的小碎塊塵埃,各種宇宙射線形成的壓力等。所以不論什麼飛行方式,首先要解決的是能源。輕便高效的能源是首要的。中間在其他星體上獲得不容易,或者還不夠加速減速消耗的能源。

宇宙中充滿了大量的暗物質暗能量,如果在飛船飛行過程中,能夠不斷獲取利用,那將是無窮盡的能源,不用提前攜帶,隨用隨取,多麼方便。這是將來宇宙飛行中的一個思路。至於能否超過光速另外說。目前最快的飛船20公里每秒,距離光速差一萬多倍呢。


多維觀世界


答:曲率驅動是在理論上可行的,但是在技術層次上曲率飛行尚不可實現。


愛因斯坦的廣義相對論說明空間不是平坦的,如果把空間比作一張薄膜,那麼這張薄膜是凹凸不平的。曲率飛行並不是常規的運動方式,它可以稱為空間拖曳,它的實質上是對於空間的改造,藉此漏洞打破光速不可超越的限制。例如現在被廣泛接受的宇宙大爆炸速度是超光速的,也就是說空間的膨脹移動速度是可以超光速的。

那麼通過“熨平”飛船後邊的空間,“褶皺“飛船前邊的空間,曲率飛行就可以實現了,但是這種“熨平”與“褶皺”的技術怎麼實現哪?(圖片來源網絡侵刪)

同時《三體》中出現的曲率飛行就達到了光速,但是飛船飛過的空間就是一次性的。這種飛行方式的動力是藉助空間的性質進行驅動,並不是常規的施加能量提高速度,這種方式永遠達不到光速(沒辦法,愛因斯坦不允許)。

曲率驅動希望有一天這種出現在科幻作品中的方式,會照進我們的現實。無論是太陽的壽命到了還是仙女座來了,我們都可以愉快的跑了。


以上是我的簡單回答,歡迎關注點評,祝好。


科學黑洞


我們先看看曲率驅動是怎麼回事。

曲率驅動是一種通過改變飛行器前後空間的曲率獲得飛船前進動力的驅動方式。這是科幻小說和電影裡面常用的梗。

它的理論來源於墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利在1994年提出概念。其本質就是通過空間的收縮和膨脹驅動飛船,從而“繞過”相對論對極限速度的限制(這個限制是真實存在的)。


這個就是曲率驅動裝置的模型

我們通過觀察到的宇宙存在了137億年,而我們觀察到的最遠的天體離我們有400多億光年的距離。這說明了:宇宙空間膨脹的速度遠遠大於光速。你可以簡單的把膨脹的氣球看成是宇宙,而星體就是氣球上的小點。

這違背了相對論了嗎?並沒有,相對論描述的是:信息不能超過光速傳播。空間本身是不攜帶信息的。

所以,曲率飛行在理論上是可行的。

但是,科學家通過計算,把一艘宇宙飛船加速並超過光速,彎曲和抹平空間的能量,需要集中整個太陽系的能源才能完成。


戴森球想象圖,中間是恆星,周圍的是包裹恆星的能量收集裝置

這可能需要我們發展到第二類文明,掌握了戴森球才有可能製造這種飛行器。

綜上所述,製造曲率飛行器是未來1000年內不能完成的任務。



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