科幻電影中的曲速曲速旅行和曲速引擎的原理

科幻電影中的曲速曲速旅行和曲速引擎的原理

星際旅行

源自美國科幻片《startrek》,中文《星際旅行》中的一種科技。曲速旅行(warp travel)是一種通過在壓縮時空中航行的技術,其原理就是在運動物體周圍利用反物質驅動的曲速引擎製造一個人工的曲力場(warp field),從而使物體能在這個扭曲的時空泡(warp bubble)中以幾十倍於光速的速度移動。曲速(warp)就是衡量在這個時空泡裡運動的物體的速度。

根據時空扭曲(或者說壓縮)的程度,曲速分為0-10。其中曲速10在理論上是達不到的,因為以曲速10運動的物體就意味著在任何時間在任何地點都出現,而即便在科幻電影中也還沒有發明一種能達到曲速10的曲速引擎(warp drive)。而曲速2已經超過光速了,曲速9的飛船能在幾秒種內飛躍好幾個太陽系的距離。片中voy系列中星聯最快的飛船能達到曲速9.99.。

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曲速引擎

曲速引擎就是說一個物體前的空間迅速彎曲縮小,物體後的空間迅速彎曲擴大。就像在後面吹氣球將物體擠向前,物體其實不動的。不過要使空間彎曲要太陽的10億倍能量。

曲速發展的虛擬宇宙歷史

星際旅行中多個星球都有自己開發出曲速的發展歷史;在地球,曲速是由季弗蘭·寇克瑞恩(Zefram Cochrane)所開發。在電影《戰鬥巡航》裡提到的發明年代是第三次世界大戰終戰後10年的2063年;但在原始影集《星際爭霸戰》裡則暗示曲速科技更早些年就已經被使用,雖然證據不明。小說星際奇旅之星際聯邦(Star Trek: Federation)則提到2061年寇克瑞恩發明曲速引擎。

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其他文明

其他文明,比如瓦肯人或安多利亞人則比地球更早發明曲速引擎,在地球開始接觸外星文明的前期(例如:22世紀),這些行星的曲速科技也遠超前於地球所能及,比如最高可達速度與最高巡航速度。

曲速航行的速率通常以曲速層級(warp factor)代之。一般認為曲速1級是真空光速(c);更高的層級下,速率呈指數增加。原始影集的數個劇集曾設定了企業號冒著危險以高曲速層級航行,一度高到曲速14.6級("That Which Survives")。然而,任一曲速層級的實際速度從未在螢幕上顯明地被陳述,以作為經典紀錄。更甚者,各影集中航行時間與星際距離在陳述上,從未嚴格地保持一貫性(甚至是相當鬆散的)。

在瞭解這是個問題,也想 wanting to remove this plot element, 《銀河飛龍》的創造者決定曲速10級應作為最大值。後臺的星際奇旅術語建議將曲速尺標重新調整,將舊曲速6級變為新曲速5級,而曲速10級為無限大速度而無法達到。製作人指示船隻可以任意接近曲速10級,但就是無法到達剛好曲速10級。如此則貴族與旅人等生命體則能以相當快的速度航行,又可以迴避限制。舉例而言,據估計,旅人將企業號推進到曲速9.999996級的速度。

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亞光速

一般普遍接受:以曲速航行的船艦不會感受到任何形式的時間展長;畢竟總體來說,曲速船艦與宇宙間沒有資訊交換。若船艦是採用衝量引擎,速度則為次光速(亞光速),會感受到時間展長,因為衝量式驅動的船隻仍處在正常時空連續體。也因為這樣,多數船隻會將衝量速度限制在大約四分之一光速。

超曲速(transwarp)被多次使用,指的是曲速引擎的高階形式,常為博格人所使用;但也是一項不成功的星際艦隊開發計劃的課題,出現在電影石破天驚中。如同欲進入曲速而不會用上無限多的能量,是要在星艦的周遭產生曲速場來突破光速障(在我們的宇宙中是個理論上不可能的事件);相似地,也需要超曲速場來達到非常高的超光速速率(使得船艦能在很短時間內橫越銀河等級的距離。)

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星際聯邦

星際聯邦的關於超曲速的實驗

實驗中的聯邦星艦精進號 (NX-2000)在史戴爾斯(Stiles)艦長的領導下,成為聯邦對於超曲速技術的實驗船艦。雖然在石破天驚的大螢幕上並未解釋,一般認為超曲速是傳統曲速引擎的快速版本。精進號的首次操作測試會失敗,是因為史考提的暗中破壞,因此才能阻止精進號追逐企業號。在電影邁入未來的事件中,精進號(在蘇魯艦長的領導下)已經改裝上標準曲速引擎,因此被認為超曲速測試是以失敗告終。

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曲速旅行

曲速1級 1 c 3.0x10^5 公里/秒

曲速1.5級 3.375 c 1.0x10^6 公里/秒

曲速2級 8 c 2.4x10^6 公里/秒

曲速3級 27 c 8.0x10^6 公里/秒

曲速4級 64 c 1.9x10^7 公里/秒

曲速5級 125 c 3.7x10^7 公里/秒

曲速6級 216 c 6.5x10^7 公里/秒

曲速7級 343 c 1.0x10^8 公里/秒

曲速8級 512 c 1.5x10^8 公里/秒

曲速9級 729 c 2.2x10^8 公里/秒

曲速9.25級 ~791 c 2.4x10^8 公里/秒

曲速9.5級 ~857 c 2.6x10^8 公里/秒

曲速9.75級 ~926 c 2.8x10^8 公里/秒

曲速10級 1,000 c 3.0x10^8 公里/秒

曲速11級 1,331 c 4.0x10^8 公里/秒

曲速14.6級 ~3,112 c 9.3x10^8 公里/秒

曲速15級 3,375 c 1.0x10^9 公里/秒


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