03.02 90年代的“曲速引擎”,或能让人类飞出太阳系,为何却遭废弃?

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曲率引擎就是科幻作品里面,实现光速飞行的一种方法,从原理到技术都是停留在科幻的程度,人类还远远没有到对其进行研究的地步,怎么会遭到废弃呢?

无论是《星际迷航》还是《三体》中都涉及到了星舰的曲率引擎。对于人类的星际旅行来说,首先,爱因斯坦相对论给出了光速不变的限制,任何物体的运动无法超越光速,这对于茫茫宇宙,不是个好消息。但爱因斯坦在广义相对论中也给出了另一种希望,那就是时空是弯曲的。

飞船无法超越光速,但也许我们可以把空间弯曲。其中一种方法就是虫洞了,利用空间中扭曲的虫洞,相当于空间的折叠,轻松实现空间的跳跃。

另一种常见的就是曲率引擎,就是通过控制物质与反物质的反应,通过能量场制造出包裹这飞船的曲速泡,通过飞船前后能量场的挤压空间,使飞船获得高速的运行。三体谈到的就是,当利用能量把飞船后方的空间曲率减少,飞船就会被前面大曲率的空间牵引驱动,获得接近光速的速度。

虽然各种科幻作品里,曲率引擎,反物质引擎都是星际旅行的标配,但这只是科幻而已,对于当前人类科技来讨论这些,在千年之内,貌似都没有太大现实意义。


量子实验室


90年代的“曲速引擎”,或能让人类飞出太阳系,为何却遭废弃?

什么时候废弃了?公元2063年4月5日早上11点左右,泽弗兰·科克伦博士驾驶凤凰号进行第一次曲速I级试航,被路过的Vulcan星飞船探测到了异常曲速信号,从此揭开了地球和Vulcan星被奉为银河系和平共处,携手发展典型的星际友谊!所以,放弃了吗?

一、曲速引擎?

其实各位几乎所有的曲速引擎信息都来自ST,也就是《星际迷航》,尽管这是并没有在现实中存在,但不得不夸赞一句的是,也许这是仅有的能突破狭义相对论中关于光速不可超越的引擎之一!曲速引擎的飞行原理很简单,如下图:

上图是曲速引擎的飞行原理,之中有三个关键设置:

1、后方被拉伸的空间

2、前方被压缩的空间

3、中间包围飞船的弯曲空间空泡

利用的是空间的弹性推动中间的曲速泡包裹的飞船前进,对于飞船来说曲速泡包裹下,它与周围的空间并没有位移,对于前后空间来说,移动的是曲速泡的空间,而空间膨胀导致的位移并不受光速的限制,因此曲速引擎可以达到远超光速的存在!而中间的曲速泡则是超越光速的关键,假如没有这个曲速泡,那么空间与飞船之间将会出现位移,那么无限接近光速就是曲速引擎的最高速度,而且会产生各种效应(主要是时间膨胀效应),三体中的曲率引擎是没有曲速泡的!

这个速度实在令人羡慕,以9.9999级的曲速横跨银河系也只要6个月,但我们现在去一次火星单程也是这个时间,与之相比,我们连蚂蚁的速度都没有达到!

二、如何实现?

说了那么多诱人的前景,不谈如何实现那就是废话!根据曲速引擎飞行原理的各个设置,我们需要以下几种技术与物质:

1、弯曲空间技术,目的是形成的曲速泡,当然初期我们可以不用这个,即使光速人类也已经心满意足了!

2、扩张拉伸空间的物质

3、压缩空间的物质

  • 其实将空间弯曲度为平坦到空间曲率增加,看起来似乎很简单,理论上来看质量就能实现,比如大质量天体周围的空间就是如此,而黑洞则更加!

  • 但将空间拉伸,也就是膨胀的物质,则只有传说中的暗能量才能达到了,科学家认为暗能量是引起宇宙加速膨胀的主要原因!尽管几近于板上钉钉的事实,但到现在为止也没有观测到所谓的暗能量!当然我们能找到负能量的奇异物质也可以,不过可惜的是我们似乎毫无头绪!


既然距离现实有点远,那么我们来看看科幻小说中是如何描述的呢?《联邦星舰进取号完全图解》中有一段描述,我们不妨来看看:

正物质/反物质的反应产生了超高溫等离子体.然后那些等离子体被输送到飞船的曲速引擎舱中,并且穿过曲速线图,这些线圈是用Verto-rium cortenide复合材料制成的,当等离子体通过它们时会产生曲速场.逐步改变他们周围的空间形状,因此扭曲量是测量该飞船在航行时曲速能力的关键物理指标,表明具有曲速能力的飞船可以飞的比原先任何人想象的都要快得多!

看来正反物质反应产生就是一个跨不过去的坎,但据描述是用二锂晶体来控制的,当然我们也不知道这是啥玩意儿哈,不过科幻小说中描述的实现过程大家就不必在意了!

三、有比曲速引擎更快的技术吗?

1、Borg种族使用的超曲速通道技术比银河系联邦最高曲速要快20倍左右!

2、量子滑流引擎,量子滑流科技和超曲速配合改变空间的量子状态达到超高速的目的

3、亚空间走廊 “航海家号”在亚空间走廊中航行了5分钟就跨越了200光年,这也就相当于2.1024×10^7倍光速

4、同轴曲速引擎 空间跳跃引擎,瞬间到达另一个目的空间

5、星门 就是星际之门中的那种,有点类似于虫洞!

距离2063年还有约43年左右,各位对曲速引擎还抱有希望吗?


星辰大海路上的种花家


首先申明自己的观点:曲速引擎可不是诞生在90年代,只能说曲速引擎的假说诞生在90年代,在人类历史上从未研制过曲速引擎,又何来抛弃之说?

什么是曲速引擎?答:在保证飞船不超越光速的情况下,对空间进行折叠,以实现空间的大幅跃迁。

曲速引擎的概念在1994年,由物理学家米盖尔・阿尔库比雷创造。它的基本理论是,在尊重相对论,一切有质量的物体不能达到或超越光速的前提下,将空间本身进行折叠,已达到大幅时空跃迁的目的。

曲速引擎的基本理论是,根据爱因斯坦的相对论,空间本身并不是平坦的。如果通过巨大的质量或者能量,能在飞船周围形成一个巨大的能量泡,对飞船前面空间进行压缩,就能使这艘飞船在不超光速的前提下,在单位时间内跃迁更大的空间,这在理论上是可行的。举一个简单的例子,这就好比一个人坐火车从上海到北京,在火车速度不变的情况下,将北京到上海之间的距离进行压缩。

曲速引擎为什么在科学界不被重视?答:因为在现实中不可行!

虽然曲速引擎的概念一经提出,就成为科幻小说家重要的灵感来源。但在主流的科学界,基本认为这种想法不可行,甚至一些硬科幻小说也坚决排斥曲速引擎的概念。有科学家经过计算,如果要对宇宙的空间加以折叠,所需的能量基本上把整个宇宙的质量填进去都不够。

在前几年,曾有两个美国科学家宣称,根据他们的计算用两个太阳的能量,可以实现一个光子的曲速飞行。并且他们正在展开实验,但后来就没有了下文。

科学家排斥曲速引擎另一个很重要的原因在于,曲速飞行事实上是在钻相对论的空子。在狭义相对论中,光速是一个重要的宇宙常数,超越光速也就意味着因果律被打破,将完全颠覆现有的物理学甚至哲学框架,造成逻辑上的悖论。

最简单的例子就是祖母悖论,如果一个人穿越到过去杀掉自己的祖母。那么这个人将不会诞生,既然这个人没有诞生又怎么能去杀掉自己的祖母呢?可以说,在解开这个悖论之前,曲速引擎的概念并不会被主流科学界所接受。

《三体》刘慈欣先生,曲率航行但不超光速的理论可不可行?答:仍然不可行!

在《三体》中刘慈欣先生为了回避因果律,创造了一个奇特的概念,即曲率引擎可以实现但不能超光速。在《三体》中,无论是归零者的飞船还是程心的飞船,虽然都使用了曲率引擎,也都能以接近光速的速度飞行,但却达不到绝对的光速,更不能超越光速。

刘慈欣先生的这种方案从表面上看是可行的,但这种曲率方案虽然回避了因果律,但却面临一种更简单的逻辑悖论。如果一个文明所掌握的能量已经能够足以折叠空间,那么用这种能量直接推动飞船就可以了,又何必多此一举的研发曲率飞船?

虽然站在小说的角度,曲率飞船有瞬间进入光速、不许要漫长的加减速、不需要增加对人体抗冲击力保护等优点,但至少说明光速飞船不只有“曲率”引擎一条路。为什么所有的文明都选择了“曲率”这条路?

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“90年代的“曲速引擎”,或能让人类飞出太阳系,为何却遭废弃?”,曲速引擎作为光速飞船的动力装置常见于各类科幻作品之中,从《星际迷航》系列到《三体》都有大量关于曲速引擎的描述。曲速引擎又被称为阿库别瑞引擎,其相关历史最早可以追溯到上世纪五十年代,德国物理学家海姆曾经提出通过扭曲时空以及时空跳跃来实现超光速飞行,为了实现时空的扭曲,海姆曾经提出通过制造强磁场来产生引力场,不过即使到今天,物理学也没有把电磁力与引力统一到一起。

“曲速引擎”听起来非常高大上,但是本质上它也是一种引擎,我们常见的汽车引擎是一种把燃料化学能转化为机械能的装置,而“曲率引擎”则是把其他能力转化为引力能的装置,汽车引擎可以通过活塞曲轴齿轮等组合来实现能量转化,而“曲率引擎”需要什么装置呢?科学家也不知道。所以说,理论总是走在技术的前面,我们只能理论上通过改变空间曲率来实现超光速,但是如何通过具体的工程技术来改变空间曲率或者产生“曲速泡”却是未知的答案。

其实对于“曲速引擎”的研究并未被废弃,但肯定也不会有某个国家或者机构专门设立一个实验室来开发“曲速引擎”,因为不管是从理论水平,还是人类现代的工程技术水平来说,人类都不具备相关的条件。“曲率引擎”不仅仅是一个引擎,还涉及到空间维度、四大基本力统一、暗物质、负能量等等相关的理论,所以现代前沿物理学的发展和“曲速引擎”也是息息相关的。

同样,理论物理学的发展并非一朝一夕的事情,我们以“物理的终极理论”——M理论为例,科学家认为要想验证M理论的正确性,人类需要建造银河系一般大小的粒子对撞机才可以,所以,前沿物理理论的发展主要还是依靠纸和笔。

科学家认为,制造出可以包裹一百立方米大小宇宙飞船的“曲速泡”所需要的能量是非常惊人的,甚至把整个地球的质量转化成能量都不够,按照人类现在的工程技术水平,这显然是不可能的事情,如果没有“四两拨千斤”的理论方案,“曲速引擎”依然是空中楼阁。


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首先,曲率引擎无法超光速,理论上曲率引擎的最大速度只能无限接近于光速。

曲率引擎的原理事实上很简单,其动力源本身和引力是一个性质的,来源于空间曲率的改变。

虽然这个问题不仅仅涉及到牛顿力学的理论,但为了便于理解,在此还是大部分利用牛顿力学来解释。

根据相对论,质量可以改变空间的曲率,正如该图中所示,太阳和地球都改变了空间(绿色网格)在这一个截面(重点,空间在每一个不同方向有无限数量截面,每一个截面的曲率根据与质点的距离不同而不相同)的曲率,该曲率的改变是围绕着该质量物体的质心均匀分布的。绿色网格线也代表了光子走直线的最短路径,即在一定意义上,引力由空间曲率的改变而产生。

根据力与速度的关系,V=(F/m)*t+V0,在质量m固定,初速度V0为0时,要使速度达到最大,我们需要使F达到最大,并保持足够长的时间。

然后我们来想一想,如何F为空间曲率受力,也就是说在这个case中,F为物体接受到的引力的话,怎么样的情况下,引力能达到最大?

答案其实很简单:

空间中一个体积趋向0,密度趋向无限大的大质量物体,其质心在空间曲率上产生空间奇点,即空间曲率为负的点,也就是我们俗称的黑洞。

在黑洞的定义中,黑洞视界被定义为,此处的的逃逸速度等于光速。

逃逸速度:在星球表面垂直向上射出一物体,若初速度小于星球逃逸速度,该物体将仅上升一段距离,之后由星球引力产生的加速度将最终使其下落。若初速度达到星球逃逸速度,该物体将完全逃脱星球的引力束缚而飞出该星球。需要使物体刚刚好逃脱星球引力的这一速度叫逃逸速度。 天体表面上物体摆脱该天体万有引力的束缚飞向宇宙空间所需的最小速度。例如,地球的脱离速度为11.2公里/秒(即第二宇宙速度)。

这意味着,在黑洞视界处,若要逃离黑洞,速度必须达到光速。反过来说,在此处向黑洞中心方向的引力加速度也是在安全范围内可达到最大的,并在一定时间后,物体的速度会达到无限接近于逃逸速度,即光速。

因此,如果在飞船前进方向的一定距离处,有一个黑洞,飞船的质点正好位于该黑洞的视界处,并且始终保证该黑洞质点飞船质点的距离相对静止,那么飞船事实上在该惯性系中是静止的。但是对于远方的观察者来说,飞船处在不断跌落黑洞视界的状态,而黑洞在相对于正在跌落的飞船不断产生前进方向的位移保证飞船始终位于黑洞视界处。

这个情况很像是自己用手抓住自己的头发把自己拎起来,但事实上,我们可以理解为,一辆车前部有一个压路机,把路不断地压塌了,然后它自己滚下去了。

也就是说,要如何创造一个与黑洞奇点一样的空间曲率空间(时空阱)是个关键技术难题。质量可以引起时空的弯曲,而根据质能守恒公式E=mC^2,我们可以得出m=E/C^2。其中C为光速,即足够大的能量=足够大的物质,或者说能量在一定意义上可以和物质一样使时空产生曲率。

那剩下的技术难题则是如何产生足够大的能量,并维持能量的持续生产问题了,或许是正反物质湮灭、或许是别的什么黑科技……总之,原理就是这么简单,要如何去实现,却是个大难题。

以我们目前的科技水平相差很远!


再见小南门


因为根本就不知道该去哪里寻找具有负能量的奇异物质,因为曲速引擎就是依靠扭曲时空来进行时空旅行的,之所以不违反爱因斯坦的相对论,是因为飞船并没有实际的超光速,而是由于扭曲了时空,导致飞船前方时空被压缩,后方的时空被延展,这样的话随着曲速泡的移动,可以形象的比喻是空间被扭曲之后流过了飞船,因此只是这个飞船所在的曲速泡在超光速移动罢了。

《星际迷航》系列电影之所以经典,是因为这部电影给予了人无尽的遐想,在电影中,各个文明能够进行星际探索的基础就是曲速科技,公元前九世纪瓦肯星人就已经可以进行星际旅行了,公元20世纪中期,瓦肯星人就已经研发出了曲速技术。公元9世纪,克林贡人掌握了曲速技术,可以进行曲速航行,在剧中其它的文明都比人类文明早几百甚至一千年就掌握了星际旅行的科技。

人类是一匹黑马,自从杰弗里·科克伦在21世纪中期研发出曲速引擎之后,短短的一百年就超越了瓦肯星人,并领先了其它文明。

以上只是电影中的故事。

至于90年代的理论中的曲速引擎,它只是理论中而已,现在的人类文明根本无法寻找所谓的负能量物质,即便找到了还有其它许多问题等待解决。比如星舰在进行曲速航行时,如果避免撞到其它物质,如果一旦撞到即便是分子大小的物质也会完蛋,更何况以这么快的速度,发现了也来不及刹车啊。

另外,虽然说飞船并不违背相对论,但曲速泡与飞船的整体还是违反了因果性定律,所以说,即便你找到了负能量物质,也不可能制造出这样的超光速飞船,有点沮丧的说,未来的人类文明可能真的会被距离困在有限的星区里而无法走远,诺大的宇宙可能真的与我们无缘。

对此你有什么看法呢?欢迎在下方留言探讨。我是科幻船坞,感谢大家的阅读与关注

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科学船坞


一说这个我就来劲了……虽然来劲,但是这个概念不用说现在了,未来几千年甚至上万年都难以实现,不过未来电影也许会有比翘曲动力更先进的推进技术……就结果来说,现在放弃是肯定的。



首先,如果你想要实现曲速引擎就需要源源不断的能量,因为它需要接近无穷的能量维持磁场或者某种能量场。

第二,这种动力没有燃料。翘曲驱动通过扭曲空间来移动物体,而不是增加物体的动能。燃料可以在初始阶段使用,使船舶达到所需的位置。但是对于翘曲动力,根本不需要燃料。


第三,《星际迷航》电影中讨论了曲速驱动的概念。星际迷航中的宇宙设定是一种重力场位移流形,飞船利用物质和反物质湮没过程中释放的能量来提供飞船能量,驱动星际飞船产生一个翘曲气泡。

通常,这两种反应物是通过氘(氢的同位素)和反氘(反物质对应物)进行的。曲速引擎开始时会被强大的引力场包围,以容纳反物质。如果引力场失败,反物质随后与飞船的相互作用会导致很多不可测的情况。在《星际迷航》剧集中,这种“扭曲核心破坏”被用作是情节装置。


曲速引擎会让星际飞船周围产生一个子空间磁场或者重力场,在这个场内是正常的时空,所以,即使飞船以高速旋转,也不会有时间膨胀现象发生。第二,使靠近飞船的空间扭曲,使子空间场在空间传播,使船前空间收缩,扩大船后空间。示意图如下。

现在如果研究曲速引擎是完全不可行的,首先我们无法生成类似的能量场或者磁场……而且就单说这个飞船外形我们都无法设计,更不用说是核心部分了。可以说零基础,零数据,理论都为零了。真正的理论也需要实践确定,各方面都是零……


宇宙与科学


曲率驱动的概念最早由墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利在1994年提出,目前出现最多的地方就是科幻作品中。“曲速引擎”目前属于科幻领域,可以让人类飞船的速度达到光速甚至超过光速,并且不违反爱因斯坦相对论“不可超光速”限制,可以说利用了物理学理论上的漏洞给人类未来离开太阳系、银河系留下一丝机会。

在大刘的《三体》中就有出现了曲率驱动的飞船,在结局程心乘坐的飞船就是曲率飞船速度可以达到光速。而在《星际迷航》影视剧中飞船的飞行也是以此为基础。可以说“曲速引擎”出现最多的地方就是科幻作品中,现实生活中目前来看根本实现不了,所以谈不上“遭废弃”。


根据广义相对论我们知道时空并不是平坦的,因为质量能量的存在时空可以被弯曲。爱因斯坦的相对论对速度有限制认为:有静止质量的物体达不到光速。但是如果可以实现操纵时空曲率的变化,来变相的让飞船超光速,那么这就不违反爱因斯坦的相对论了。

曲速飞行实际上和宇宙的超光速膨胀比较类似,如果发明出曲率引擎用它改变飞船前后的时空曲率,那么就可以实现超光速飞行。太阳系半径一光年,曲率飞行完全可以飞出太阳系。

但是改变时空曲率需要巨大的持续性能量,人类目前难以实现,或者说能量的利用方式太过于落后,说句不好听的就是在“烧热水”。


科学黑洞


九十年代还有小宇宙那。一个叫傻子的女孩据说小宇宙威力比大宇宙都厉害。五个不死傻逼天天保护她。现在不也是被抛弃了。


要娶雪神就好了


你知道根据爱因斯坦的相对论来看,当一个物质他的速度变得越来越快,其产生的质量就会越来越大,所需要的能量也会越来越多,当物质达到光速后会需要一个极其恐怖的能量,目前来看宇宙中没有任何物质能产生出如此强大的能量,因此物质是不可能超越光速的。既然物质没有办法超越光速,那么我们肯定要从其他方面下手。比如时空。

我们知道时间和空间为一体的,如果我们将相隔的两片时空,进行折叠和压缩,那么就会产生出一个时空隧道,而我们穿越隧道之后,我们叫能到达目的地。无论多远,只需要将空间进行压缩。这就是虫洞效应,制造两者之间有虫洞的存在,无论相隔多远都能瞬间到达,目前来看虫洞貌似很难实现了。

那么我们采用另一种方式那就是能量。当能量强到一定程度的时候,是足以影响时空的。曲速飞行运用的则是压缩时空,通过将前方的时空进行压缩,飞船的内部保持正常的时空。而飞船的后方时空会恢复为常态。

简单的说,通过制造极为强大的能量。来对时空进行影响,非常在行进的过程之中,强大的能量会对前方的时空进行压缩,从而飞船能够直接跃过压缩的时空,这样就可以省下很多的路程。而飞船你的后方不存在着改变时空轨道能量,因此时空又恢复了常态。这就是曲速航行,它是超越光速的存在,运用的就是压缩时空的效应,又被称为可移动的虫洞!

不过目前来看,我们又回归到一个起点。那就是目前来看,没有任何物质释放的能量能够足以改变时空。哪怕将地球上的所有核武器引爆了,结果也是一样,时空不会发生任何改变!因此曲速航行短期之内是无法实现的!

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