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今天我们将送出三本由图灵新知提供的优质科普书籍《黑洞与暗能量--宇宙的命运交响》。
本书围绕黑洞与暗能量两大主题,详细阐述了恒星、黑洞等宇宙天体诞生、演变与陨灭的精彩历程,揭示了黑洞与暗能量的真实面貌,在围绕人类揭秘宇宙的恢弘人文与历史背景中,讲述探索宇宙的物理与天文知识。
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【互动问答示例】
互动:这里就可以自由发挥你的答案啦~
作者:Elizabeth Howell
翻译:螳吉呵呵
审校:yangfz
Han Solo 在《星球大战中》利用超空间驱动器进行光速旅行。我们为什么不能造一个出来? 来源:卢卡斯电影
如果你是科幻迷,那么你一定知道星球大战,你也一定知道超空间驱动器(Hyperdrive)。超空间驱动器是“星战宇宙”中的常见驱动装置,早在1977年的第一部星战电影中,Han Solo 就和他的同伴驾驶靠超空间驱动器驱动的千年隼号进行超光速星际旅行。
那么,超空间驱动器是否真的能被制造出来呢?你可以比光跑地更快吗?和物理中的其他事情一样,这个答案也相当复杂。也许我们只能回答,是什么什么样的技术障碍在阻止我们超越光速?
弯曲时空。来源:SPACE.com
超空间驱动器遇到的第一个障碍就是,所有具有质量的物体都不能超越光速。这是爱因斯坦的狭义相对论里的基本原理。简而言之,当飞船达到光速时,它的质量就会达到无穷大。也就是说你需要无穷多的能量去推动它,这比炸掉奥德兰所需要的能量还要多得多。所以,想要达到光速是不可能的事。
但是,爱因斯坦的公式并没有禁止你通过弯曲空间来超越光速。你可能知道,我们生活在三维空间加一维时间的时空中。空间球本身的膨胀速度是可以超光速的。例如,宇宙大爆炸发生之后的很短时间内,时空本身的膨胀速度是超过光速的。
曲速引擎可以利用弯曲空间来实现超光速飞行。曲速引擎的概念还存在很多的问题,所以现阶段它只是一个数学上的概念。理论上讲,曲速引擎会引起飞船前方时空收缩而后方时空膨胀。单独考察空间,物理学家Eric Davis和Gerald Cleaver分别单独地把这个现象和冲浪做了对比。可以想象冲浪板就是飞船,运动员就是驾驶员。运动员在浪头前进时仍然站在冲浪板上,相同的飞船在时空隧道里时仍然处在时空之中。
运行中的曲速引擎。 图片来源:wiki
在我们利用千年隼号躲开Kylo Ren之前,还有很多问题需要物理学家解决。
Cleaver、Richard Obousy和Jeff Lee已经考察了部分问题。首要的问题是如何将千年隼号启动。“仅仅是启动阶段所需要的能量就相当于整个木星的质量所转化的能量。” Cleaver在采访中说。
不过,可以假设我们可以完成千年隼号的启动。接下来的问题就是保证飞行过程中能量的流动。当曲速引擎达到光速时,宇宙微波背景中的光子就会被飞船吸收。这对飞船本身和船员来说都是不利的。
“从运动方向上传来的星光会剧烈的蓝移”Davis 接受采访时说,这就是说飞船的高速运动会压缩光子并提高光子的频率。“它们会变成超强辐射并杀死飞船上所有人”。同时,飞船会因为时空带来的问题停止运转。
“由于能量会转化给蓝移的光子,飞船的能量会持续地流失。”Cleaver说。“飞船上必须有一个巨大的能量源来补充流失的能量。”在这个模型中,你需要持续提供大量的能量,大到Cleaver认为不可能通过技术手段制造出来。
星际穿越穿过虫洞。来源:星际穿越电影
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