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​一份绝密档案曝光:美国军方在研制曲速引擎

2018-06-11


美国国防部近日披露的报告中称,2008 年几十名科学家签署协议开始一项秘密研究。他们深入研究了各种各样的尖端太空科技,包括人类闻所未闻的全新空间推进方式。其中,提交于 2010 年 4 月的一份 34 页的报告最引人注目,报告的题目是《曲速推动,暗能量和高维空间操纵》

 


“获得对高维空间(维度大于三维)的操控能力是利用暗能量的关键,从而使一种新型推动技术成为了可能。”报告说:“到达太阳系的任何一个地方所用的时间,可以从几年缩短到几个小时,到达最近的恒星系统也只需要几个星期,以现在的技术则要几十万年。”

 

这项报告里说里说的新型推动技术就是曲速引擎



这个堪称终极的航天推进方式,理论上可以将航天器加速到十倍甚至百倍于光速。人类目前水平能达到的最快速度都没有达到光速的百分之一。如果你看过《星际迷航》,就能寻找到曲速推进的踪影。飞船首先使用曲速线圈产生“子空间场”,当其呈现不对称蠕动形式并达到一定声强之后,会成为“曲速场”。此时飞船就处于曲速泡中,从而完成超光速的星际旅行。

 

刘慈欣的《三体》中出现过一种类似的“曲率驱动”方式。大刘在书中写道:“一艘处于太空中的飞船,如果能够用某种方式把它后面的一部分空间熨平,减小其曲率,那么飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去,这就是曲率驱动。曲率驱动不可能像空间折叠那样瞬间到达目的地,但却有可能使飞船以无限接近光速的速度航行。”

 

图丨报告中曲速推进的部分


不管是曲速推进还是曲率推进,它们都是建立在阿库别瑞推进模型(Alcubierre Drive)的基础上。这是 1994 年理论物理学家米基尔·阿库别瑞(Miguel Alcubierre)在爱因斯坦场方程和广义相对论的基础上推出的想法。其原理是将空间拉伸,这与虫洞折叠空间正相反。通过使飞船前方的空间收缩而后方的空间拉伸,空间便产生了褶皱,类似于水面上的波浪,飞船乘着这波浪前进,速度甚至可以快于光速。飞船所处的区域叫作“曲速泡”,里面是一块平坦时空,飞船在里面并非真的在移动,而是空间的涟漪带着它前进,所以并不违反物理学中的“光速最快”原则。

 

但就目前人类技术,它也只能存在于科幻小说中。

 

加州理工学院的物理系教授肖恩卡罗尔(Sean Carrol)发了一条推特指出了这个工程不可行。他认为,这种设想限制重重,想要获得曲速推进,一个必要的条件是在曲速泡中产生比真空低的能量密度 (即负能量)。以目前人类的科学水平根本不能产生如此巨大的负能量。以距离地球 4.37 光年的半人马座为例,从地球出发到这个最近的恒星系统,用曲速推进只需几年的时间,但消耗的能量却大到难以想像。

 

“这一趟下来所需要的能量大小,大概等于地球的总质量通过质能方程全部转化后的能量,只是这些都是能量都是负的,”卡罗尔说,“这不像《星战》中演的那样,死星用一束高能激光把地球打成粉碎,这是让地球完全消失!”

 

报告中也承认了人类对负能量的理解远远不够,不过可以尝试在大型强子对撞机和高维空间中寻找答案。报告中称,通过操控 11 维空间就可以构造出能拉伸的空间。11 维空间是 M 理论中的一个特殊构想,尽管这个提法在理论上没有破绽,但是如何操控 11 维空间,目前还不得而知。即使这个方法可行,也会有一连串的问题接踵而至。

 

有研究表明,“曲速泡”中的飞船无法向前方发送信号,这就意味着飞行员将无法控制飞船;而另一个对曲率驱动的计算机模拟发现,在超光速飞行时,“曲速泡”前方会堆积大量的负粒子,飞船到达目的地开始减速时,一路上累积的负粒子会在瞬间全部释放,足以摧毁任何与基接触的物体。

 

尽管曲速推进也许会成为人类探索宇宙深处的利器,但是目前人类的空间推进技术还停留在液体化学推进器上。

 

20 世纪初,康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstanty Ciofkowski),他的著作《利用反作用力设施探索宇宙空间》和《宇宙航行》中,计算了进入地球轨道的逃逸速度(7.9km/s),并提出了著名的齐奥尔科夫斯基公式,从此拉开了航天推进器研究的序幕。经过一百年的发展,使用液氢液氧燃料的化学推进器是最为成熟的技术,成为了人类摆脱地球引力进行太空探索的绝对主力。现今无论是我国的长征系列运载火箭还是私人航天公司如 SpaceX 的 Falcon 系列火箭都使用这种发动机。

 

除了常规化学火箭,科学家也在寻找更高效的空间推进发动机。其中,电推进/等离子火箭采用经过电离并被加速到几十千米每秒的等离子,获得的推进能力理论上最强且燃料消耗的速度极慢。但目前人类并没有足够的科技力量将其做得足够大,一般仅能实现极小推力的应用(1 牛顿级别甚至更低)。这对于未来的长途星际旅行作用可观,在真空中没有阻力,即便是缓慢的加速作用也能在时间累计后获得相当快的速度。目前它已经在一些大气层外的卫星和飞行器上初步运用。

 

图 | 应用了氙离子发动机的欧空局地球重力场及洋流探测器

 

太阳帆发动机以太阳的辐射压做为太空船推进力 。光是由细小的被称为光子的能量团组成的,太阳帆的工作原理,就是将照射过来的太阳光反射回去,由于力的作用是相互的,太阳帆将光子“推”回去的同时,光子也会对太阳帆产生反作用力。就是靠这种反作用力,飞船便被“推”着前进。太阳帆不需要燃料,阳光就是其能源。推进力虽然很小,但是只要太阳继续照耀着,太阳帆就能继续运作。如果设计合理,从理论上说,太阳帆的最高速度可以达到光速的 2%(6000 公里/秒),果真如此,星际航行将成为可能。

 

图 | 纳米帆-D 在太空中展开太阳帆的效果图

 

和曲率推进一样,反物质推进器也是目前存在于科幻小说中的概念,不过它很可能是最先实现的一种推进器,因为我们已经发现了反物质的存在。反物质顾名思义就是和通常物质质量相同电荷相反的物质。反物质由反质子,反中子和下电子组成。当反物质原子和通常物质的原子相遇时,会发生湮灭,其质量会全部转化成能量。要所爱因斯坦的技能方程计算,这种能量将是巨大的。有科学家计算,公需 17 克的反物质就可以把飞船加速到光束的十分之一,从地球到半人马座(距离地球 4.37 光年),仅需 40 年。但是制备反物质是很不容易的,目前我们只有通过大型绳子对撞机产生过反物质,其总是还不够煮沸一杯茶,更不用说觉察旅行了。

 


哈勃望远镜折射到的宇宙一角,其中任何一个亮点都至少是一个银河系,而银河系中像太阳系这么大的小星系都有十万亿级别。

 

宇宙之大超乎我们想象,如果把宇宙大小比作太平洋,我们的足迹仅仅是走过了十分这一个水分子的长度。现阶段来讲,除了发展推进器科技外,现实的路径是先用现有的科技实现太阳系内殖民,然后再实现系外扩张。人类也许会拥有超大规模推进系统,从而可以向银河系进发。

 

而要走出银河系,常规的空间推进器就无法发挥多大效用了,即使在速下,也需要 10 万年时间,而且飞船上的宇航员还要受到相对论的时间延长效应的影响。届时如果人类发明出了曲率推动和虫洞,才标志着我们成为了一个星际种族。


-End-


参考:


https://daily.zhihu.com/story/8839953 

http://www.businessinsider.com/warp-drive-study-department-defense-real-fake-2018-5

https://www.inquisitr.com/4913767/the-us-military-conducted-a-top-secret-study-on-warp-drives-and-the-results-have-just-been-released/ 

https://www.guokr.com/article/439593/ 

https://zhuanlan.zhihu.com/p/31040265



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来自:好大水  > 宇宙及探索
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