曲率飞行可以实现吗?

杨瀚钦 18786797364


曲率飞行就是采用曲速引擎为动力的飞行,严格意义上来说这种移动不能叫做飞行,而是时空跳跃。总体上来说,时空通讯对曲速引擎的前进持乐观态度。

从理论上来说,只要有足够大的能量,就能扭曲时空,对时空产生折叠效应。

就像一张纸,如果从这头到那头,一只蚂蚁要爬很久,但如果把它折叠起来,根据折叠的皱褶多少,就能够一步或者几部跨越。

这个有点像我们古代描述的一种功夫叫缩地功,可以把大地压缩,距离缩短,于时此人就能日行千里。

而曲速引擎是压缩时空,把时空折叠起来,这与所谓的缩地功道理相同但效果天壤之别。

这是广义相对论时空弯曲理论的延伸,这个科幻中的设想正在逐渐地进入到科学家们的实际研究。

在科幻电影星际迷航中,使用的就是这项技术,里面对曲速航行具体操作细节介绍的不多,但最终把曲速层级定为最大值曲速10级。曲速1级为真空光速(c),随着层级增加曲速呈指数增加,但10级为速度无限大,无法达到,只能无限接近。

在现实中,最早提出这个概念的是上世纪五十年代的德国物理学家海姆,它指出曲速航行就是利用时空扭曲和时空跳跃实现超光速飞行,并提出了一些设想。

但一直到他辞世,他的理论并没有引起重视,因为大家都认为凭着人类掌控的物质条件,不可能制造出那么大的引力场。

一直到2005年,德国物理学家豪泽与同事德勒舍尔共同撰写了一片以海姆理论为基础的论文,探究“超时空发动机”制造的可能性,没想到此举仅得到了美国航天学会的青睐,授予他们为2005年度“核能和未来航空”项目大奖。由此,这项看起来很科幻的理论重新得到了科学界的重视。

一些科学家开始了行动。

美国能源部圣迪亚国家实验室太空动力研究员罗格·雷纳德正在筹划着做一场实验,他准备用一部X光发生器,提供实验所需要的磁场。

2014年6月,美国太空总署(NASA)机械工程师、物理学家怀特正在研究开发可作星际旅行的宇宙飞船“IXS企业号”。他近日和3D艺术家拉德梅克合作,制作出宇宙飞船的概念图,宣称一旦飞船面世,只需两周便可到达距离太阳4光年远的地方。

2015年5月,美国NASA的科学家们开展了对曲速引擎的研究工作,工作室位于NASA约翰航天中心Eagleworks实验室,首席科学家为Harold White博士,他们已经研究出一套被称为EM drive的动力装置,这种装置已经获得了某种推力,这种推理似乎违反了动量守恒定律,一些难题还在研究中。


一些科学家认为,曲速引擎需要巨大的引力场,制造这种场所需能源非常巨大,目前人类无法实现。但另一些科学家却反驳了这种观点,认为制造一个小的曲率泡,只要很少的能量就能达到曲率跳跃的要求。

这项工作还仅仅是个起步,但的确是一个十分诱人的前景。

光速时我们这个时空的限制,常规飞行无法突破这个限制,使星际航行变得难以实现。

曲速引擎的设想为人类打开了另一扇窗户。

采用曲速引擎实现时空跳跃,能够突破光速限制,甚至获得若干倍光速的穿梭,但由于其不是采用常规速度飞翔,并不违背光速限制原则,而且也不会产生时间膨胀效应。

这样就不会产生祖孙佯谬的悖论,人们可以在正常的时光流逝中实现星际的跨越。

这是一个多么美妙的前景啊,虽然目前这项研究还处于半幻想半真实的状态,但这项理论已经得到了重量级科学机构的实际进入,这些科学家可不是吃素的,他们正在使这项原本不可能的事情一步步走向可能,超光速跨越或许已经不再是梦想。

所以时空通讯有理由相信,曲速引擎极有可能会成为人类达到二型恒星际文明时,走向星际空间的最重要工具。

奇思妙想,欢迎点评。


时空通讯


曲速飞行在理论上是可以实现的,需要使用阿库别瑞引擎,压缩飞船前方的空间,让飞船后方空间扩张,形成一个曲速泡,飞船就可以裹在泡泡中超光速行驶了,不会受到爱因斯坦相对论的限制,时间也不会膨胀变慢。

但阿库别瑞引擎也仅仅在理论上可行,现实中还没法实现。

首先,阿库别瑞引擎消耗的能量是你完全无法想象的,仅仅运送几颗原子,就需要消耗掉三个太阳的质量。

其次,阿库别瑞引擎会出现负能量密度的情况,需要奇异物质来驱动,而奇异物质目前仅在理论上存在,宇宙中还从未发现过。

第三,阿库别瑞引擎并未完全排除回到过去的时间旅行,违背了时序保护机制,宇宙可能永不准许任何人把它生产出来。

第四,宇宙中虽然物质稀疏,但装备阿库别瑞引擎的飞船既然可以超过光速的速度前进,必然会影响整个时空。就像你驾着一架飞机在森林里飞,很可能会撞上前方的树木。曲速泡也是一样,你前面的空间既然被压缩了,那些星系、恒星、行星和智慧生命又会遭受何等恶劣的待遇呢?你自己也敢保证自己绝对安然无恙?

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徐德文


理论上分析,确实有可能实现,根据就是爱因斯坦的广义相对论。

广义相对论彻底打破了我们对时空结构的传统认知,从牛顿的绝对时空观但到具有弹性的时空结构。也就是说,我们所在的时空结构并不是平坦的,而是具有弹性,同时可以拉伸,折叠甚至撕裂!

时空这样的特性在理论上可以让科学家们“大做文章”。比如题目中所说的“曲速技术”,也就是曲速引擎技术,在飞船周围制造时空“气泡”,利用强大的磁场就可以制造引力场,如果磁场足够强大,就能进入一个比我们所在时空更高的二度次空间,磁场一消失,飞船就回到现实时空!

所以说,从理论上分析,未来很有可能实现“超光速”飞行,这种超光速并不是绝对速度“超越光速”,而是利用时空结构特性,飞船本身在时空结构中处于相对静止状态!

还有一种可能,利用时空具有弹性的特性,可以制造“虫洞”结构,可以在瞬间达到理论上任何遥远的距离!

虽然光速不允许我们去超越,但大自然并没有关闭所有“大门”,我们可以利用大自然的规则间接地“超越光速”!


宇宙探索


曲率飞行可以实现吗?

从理论上来看是可以实现的,个中起到关键作用的空间;广义相对论认为,空间是一个可变形的结构,可以在某种能量的作用下膨胀,弯曲以及压缩;这给我们保留了无限的希望,而曲率飞行正是利用了弯曲空间的弹性推动飞船高速前行。

上图有三个关键,空间在飞船前方被压缩,在后方被拉伸,如果是三体中的曲率飞行呢,就没有第三个关键因素,如果是星际迷航中的曲速飞行呢则有第三个关键结构--飞船周围有一个环形弯曲空间包裹,两者类似但差别却极大,如下:

《三体》中的曲率飞行:压缩前方空间,拉伸后方空间,弹性空间推动飞船高速前行,但飞船仍然在不断穿透空间,尽管其利用广义相对论中的空间弹性原理,但并没有逃脱狭义相对论的桎梏,无法超越光速,只能无限接近光速,而且时间体系也无法统一,在地面看来,飞船系流逝的时间与地面是不一样的。

《星际迷航>中的曲速飞行:压缩前方空间,拉伸后方空间,并且使用弯曲空间包裹飞船,空间的弹性推动中间这个弯曲空间泡前行,飞船相对于周围的空间泡是静止的,加速与停止不会影响内部的惯性体系,而且这个空间泡泡可以摆脱狭义相对论框架直到超光速,我们宇宙的膨胀速度就是超光速的,在观测看来,空间的超光速膨胀并没有违反相对论。

两者比较,当然是《星际迷航》中的曲速飞行比较好一些,因为这个时空体系与地面时间流逝是一致的,不会因为光速飞船的时间流逝方式趋向停滞造成比较尴尬的局面。

既然选择了比较合适的方案,那么如何来实现呢?我们宇宙中就有一种能造成空间膨胀的重要物质--暗能量,其被认为是造成宇宙加速膨胀的罪魁祸首,那么我们是否可以利用暗能量的导致空间膨胀的方式来实现这个目的呢?似乎可行但无法造成弯曲空间,我们或者需要找到一种控制暗能量的方式来造就一个独立于大时空的小时空!

独立空间泡泡

看上去似乎一切都很顺利,其实迄今为止我们连暗能量是啥样都不知道,控制暗能量更是无从谈起,或者我们在空间认识上也有很大的不足,所以以上所有理论都是空中楼阁,如果各位有兴趣不妨留言补充


星辰大海路上的种花家


答:理论上存在这种可能性,实际上实现难度极大!


曲速飞行是相对于传统推进方式的一种完全不同的驱动方式,基于爱因斯坦的广义相对论——空间是可以弯曲的。然后我们操控并弯曲的空间,并带动空间内的物体,实现等效的相对移动。

这让人想起《三体》中,程心和艾AA乘坐的星环号,使用的就是曲速驱动引擎,等效速度为光速;还有电影《星际迷航》里,曲速引擎也是一项重要的技术,等效速度远超光速。



超光速飞行的一大限制,就是爱因斯坦的相对论,狭义相对论禁止任何形式的超光速传递有效信息,自然也禁止超光速移动物质。


但是广义相对论又留了一个缺口,就是空间的膨胀速度可以超越光速,曲速飞行理论就是利用这一原理,设想了一种操控空间移动的技术。

飞船前方的空间被压缩,然后被移动到飞船后方膨胀,等效于空间把飞船推向前方,而且不对飞船产生“惯性力”。因为空间的移动不受光速限制,所以飞船的等效移动能超过光速。



曲速表示空间翘曲的度量,而不是真实的速度,所以绕过了相对论的光速限制。同时,曲速的效果也可以等效看作移动速度,从而实现等效的超光速移动。


目前技术上最大的困难,就是无法制造足够的能量能让空间弯曲,所以相应的研究,基本停留在理论当中。



对人类来说,曲速飞行或许是遥远未来的唯一出路。试想,如果大自然禁止曲速飞行的存在,那么意味着人类将永远被限制在宇宙的一个小角落里,宇宙是如此广袤,人类只能远观而不可及,这将是多么恐怖的事啊!


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艾伯史密斯


人类要想进行宇宙间星际航行的话,理论上有三种方式,一种是常规的宇宙旅行,就是靠发动机来推动飞船,随着发动机的进步,人类星际旅行的速度会越来越快,但是根据广义相对论来看,这种方式之下的航行,永远不可能超过光速,因为凡是有静止质量的物体,达到光速的话将需要无限多的能量,所以这样看来将来的星际航行要超越光速简直是不可能的!然而科学家们还提出了另外两种星际航行的方式,一种是虫洞穿越,另一种就是曲速飞行了。


虫洞穿越和曲速飞行,理论上都是可以超越光速的航行方法,不过这两种方式其实都不不是在速度上下功夫了,而是跳出了追求速度的范畴,从而在时间和空间上打主意了,就是说虫洞穿越和曲速飞行玩儿的已不是速度,而是时空。

虫洞又叫爱因斯坦-罗森桥,它是相对论中预言的一种天体或者说现象,通常会出现的黑洞附近,对它的穿越比较好理解,就是因为虫洞弯曲某一部分时空,导致不同地点的距离变近了,就好像一张纸上的这边到那一边,本来需要走过一条边的距离,但是如果把纸对折起来的话,几乎一下子就到了,所以虫洞是一种捷径。



但是虫洞又有一种限制,就是它出现的地点不容易设定,所以利用虫洞穿越的话就只能穿越到它们本来存在的地方,星际航行很难利用它,而且人类至今也没有发现虫洞的存在,理论上如果它存在的话也是非常细小和短暂的,根本不允许宇宙飞船这样大的物体穿过,所以利用虫洞穿越是很不现实的。

如果说虫洞是一种宇宙时空现象,那么曲速飞行就是一种人造时空现象了,它是要在宇宙飞船前进的时候将飞船前面的时空进行压缩,同时将飞船后面的时空进行扩张,这样如果宇宙飞船的速度极快的话,理论上飞船将可以超过光速。



不过虽然理论上如此,然而要想压缩和扩张时空,几乎需要无限多的能量,虽然《星际迷航》等很多科幻电影中有曲速飞行的假设,但目前我们人类对实现这样的星际航行还是不可想象的。


人类的方向


确实有科学家提出过该理论,但从目前的科技水平,想要实现,几乎是遥不可及。

我们都知道,按照目前的手段,想让一个物体达到光速是不可能的,因为相对论已经从理论层面将其限制了。

不过相对论却没有限制空间速度(比如星系之间距离在不断变大,其原因是宇宙

空间膨胀),那么我们是不是可以利用这一点去思考呢?

1994年,物理学家阿尔库贝利基于广义相对论提出了曲率驱动的概念。将飞船前方空间压缩,后方空间膨胀,而飞船所处位置空间依旧平坦,这样飞船可以做到被空间带着走。

但遗憾的是,这一过程需要负能量来维持,综合一些其他因素,我们目前并没有办法实现这一壮举。

极速飞行的设想不止曲率飞行这一种,但是曲率飞行从某种程度上来讲,是将来星际旅行的最低门槛,为什么呢?有两点:速度和时间。

①速度。首先常规手段的加速(反冲),我们没法达到光速,其次虫洞旅行需要的负能量则更多

②时间(宇航员的寿命)。宇宙非常之大,最近的恒星系离我们就有4.3光年,也就是光速飞行仍需4.3年,如果我们以20%的光速飞行,那仍旧需要20年,一来一回就是40年,这样的时间谁受的了呢?

况且以后还要探索更远的地方,即便是光速,宇航员的寿命也不够用。而曲率飞行则可以超越光速。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


曲率飞行只是理论上有这个可能,设法让飞船后面的空间压缩,前面的空间扩张,这样后面的空间就会推动飞船前进。但是用什么力量来使空间压缩和扩张呢?这必然又要涉及一个能量问题,在《三体》中,人类动用巨大能量,才使一根头发动了那么一点点,那么又从哪里能够持续不断地获得使飞船驱动这样大的一个能量呢。飞船在飞行过程中是消耗能量的,不可能靠惯性跑完全程。初始阶段要加速,中间要变轨,最后阶段要减速,还有克服各种星体的引力,太空中充满各种游荡的小碎块尘埃,各种宇宙射线形成的压力等。所以不论什么飞行方式,首先要解决的是能源。轻便高效的能源是首要的。中间在其他星体上获得不容易,或者还不够加速减速消耗的能源。

宇宙中充满了大量的暗物质暗能量,如果在飞船飞行过程中,能够不断获取利用,那将是无穷尽的能源,不用提前携带,随用随取,多么方便。这是将来宇宙飞行中的一个思路。至于能否超过光速另外说。目前最快的飞船20公里每秒,距离光速差一万多倍呢。


多维观世界


答:曲率驱动是在理论上可行的,但是在技术层次上曲率飞行尚不可实现。


爱因斯坦的广义相对论说明空间不是平坦的,如果把空间比作一张薄膜,那么这张薄膜是凹凸不平的。曲率飞行并不是常规的运动方式,它可以称为空间拖曳,它的实质上是对于空间的改造,借此漏洞打破光速不可超越的限制。例如现在被广泛接受的宇宙大爆炸速度是超光速的,也就是说空间的膨胀移动速度是可以超光速的。

那么通过“熨平”飞船后边的空间,“褶皱“飞船前边的空间,曲率飞行就可以实现了,但是这种“熨平”与“褶皱”的技术怎么实现哪?(图片来源网络侵删)

同时《三体》中出现的曲率飞行就达到了光速,但是飞船飞过的空间就是一次性的。这种飞行方式的动力是借助空间的性质进行驱动,并不是常规的施加能量提高速度,这种方式永远达不到光速(没办法,爱因斯坦不允许)。

曲率驱动希望有一天这种出现在科幻作品中的方式,会照进我们的现实。无论是太阳的寿命到了还是仙女座来了,我们都可以愉快的跑了。


以上是我的简单回答,欢迎关注点评,祝好。


科学黑洞


我们先看看曲率驱动是怎么回事。

曲率驱动是一种通过改变飞行器前后空间的曲率获得飞船前进动力的驱动方式。这是科幻小说和电影里面常用的梗。

它的理论来源于墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利在1994年提出概念。其本质就是通过空间的收缩和膨胀驱动飞船,从而“绕过”相对论对极限速度的限制(这个限制是真实存在的)。


这个就是曲率驱动装置的模型

我们通过观察到的宇宙存在了137亿年,而我们观察到的最远的天体离我们有400多亿光年的距离。这说明了:宇宙空间膨胀的速度远远大于光速。你可以简单的把膨胀的气球看成是宇宙,而星体就是气球上的小点。

这违背了相对论了吗?并没有,相对论描述的是:信息不能超过光速传播。空间本身是不携带信息的。

所以,曲率飞行在理论上是可行的。

但是,科学家通过计算,把一艘宇宙飞船加速并超过光速,弯曲和抹平空间的能量,需要集中整个太阳系的能源才能完成。


戴森球想象图,中间是恒星,周围的是包裹恒星的能量收集装置

这可能需要我们发展到第二类文明,掌握了戴森球才有可能制造这种飞行器。

综上所述,制造曲率飞行器是未来1000年内不能完成的任务。



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