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你猜“鲲鹏”去半人马星座要多长时间?你可能马上给出

2025年,中国将制造速度非常接近光速的宇宙飞船,命名为“鲲鹏”。随后,国家启动了“三体”探索计划,准备将“鲲鹏”号发射到半人马星座。半人马座距离我们 4.2 光年,是离我们最近的恒星。中国著名科幻作家刘慈欣曾设想,周围可能有奇怪的外星文明。

那么你觉得“鲲鹏”去半人马还需要多长时间呢?

你可能会马上给出答案:大约四五年。这个答案也是对与错。没错,因为在地球人眼里确实需要这么长时间,但对于飞船上的人来说,这段旅程时间可以任意短。这是由于狭义相对论的时钟延迟效应。

对于具有恒定光速的光子,这个距离需要零时间,因为光子穿过测地线,测地线本质上是零。听起来不错!适当调整船的速度,你可以在尽可能短的时间内到达半人马!

不过不要太激动,在这趟旅程中,飞船其实是一架飞向未来的时光机!当你在半人马星座进行了半年的科学考察后返回地球时,你会发现十年后你又回到了地球!十年后,总裁换了两届,真是尴尬!不过,你脑子里却是想到了加加林和杨立伟。

别说谎中国在研究反重力引擎,一定是在你心里!

稍事休息,领导会和你说话。

首先,他对你的工作给予了高度评价;

中国反重力飞行器_中国反重力载人飞行器_中国在研究反重力引擎

然后中国在研究反重力引擎,你被告知:既然你是国内唯一有星际飞行经验的人,组织会派你执行更艰巨的任务,你会去银河系中心看看是否真的有一个巨大的黑色那里的洞。

你说:银河系的中心?!那是距离地球 30,100 光年!

领导说:是的,路还很长,要克服困难,不辜负组织的信任。

你会看到世界尽头的火焰和时空边界的奇异景象……  

你心里很清楚,这段旅程对你来说并不长,但是当你回来的时候,地球已经过去了六万多年,那个时候还能有人类吗?毕竟,人类文明的历史只有一万多年。当你凯旋归来(这是零阶近似,在一阶近似中,我们应该考虑你被外星人俘虏,或者宇宙飞船中途失去链条的情况。),你无家可归!

所以我们想说的是,目前可见的宇宙是137亿光年,狭义相对论指出光速是宇宙的速度极限。这样一来,昙花一现的人类文明就注定要被禁锢在太阳系吗?!

其实,我们还有一条出路:飞得比光速还快!对于教条主义者来说,既然爱因斯坦的狭义相对论已经禁止了光速,那么考虑这种情况是公民科学。我们应该记住费曼的话:做物理,我们必须保持开放的态度。

Michio Kaku 有一本有趣的书,《不可思议的物理学》,专门讨论那些异想天开和离谱的物理思想。其中许多想法来自科幻小说。在书中,Michio Kaku 将这些不可思议的想法分为了第三层。等级越高,越难达到。其中,超越光速被列为二级不可思议。

中国反重力载人飞行器_中国反重力飞行器_中国在研究反重力引擎

有两种方法可以实现比光速更快。

第一种方法是地球上每个人都知道的:虫洞。当你通过奇怪的物质(负压、负能量密度)撕裂时空,然后将它们粘在一起,你就有了一个虫洞。它就像通往另一个世界的大门,穿过它,你已经在数百万光年之外!这个方法其实是一个捷径,并不是真的快于光速。

虫洞示意图 打开虫洞需要“负能量”,比如卡西米尔能量

第二种解决方案是我们现在正在谈论的 Alcubierre Drive。1994年,墨西哥物理学家Alcubierre受到著名科幻剧《星际迷航》的影响,认真考虑是否有(Warp engine)[3](这个翻译不太好,应该翻译成warp space engine ,“曲速”听起来很接地气,不是黑科技),他发表在 Class.Quantum Grav 上。文章“曲速驱动:广义相对论中的超高速旅行”提出了一种时空度量,它可以极大地扭曲时空,使飞机能够以任何速度飞行。这是回馈物理学界的科幻作品的著名例子!

阿尔库维埃发动机

以下摘自 Michio Kaku 的著作——《不可思议的物理学》:

Alcubierre 承认星际特克可能在让他获得这个(时空)解决方案方面发挥了作用。“星际特克的人们一直在谈论曲速驱动,这是一个扭曲空间的概念。“我们已经有了一个关于空间如何能够和不能被扭曲的理论,这就是广义相对论。我认为应该有一种方法可以使用这些概念来解释曲速引擎的工作原理。” “我的猜测是,宇宙飞船中的人们可能会看到与星际特克非常相似的场景。飞船前,星星变成了长长的队伍。在飞船后面,他们什么都看不到——只有黑暗——因为星光无法快速移动以赶上飞船。”

带你看美国神秘的TR-3B超级反重力飞机

神秘的TR-3B超级反重力车,据说是美国1980年代中期或更早出现的技术制造的反重力车……

曲速引擎启动后乘客会看到什么

这个黑科技引擎的厉害之处在于,它严重扭曲了飞船周围的空间。事实上,飞船前面的空间被压缩了,后面的空间被拉长了,所以看起来空间并没有在移动,但空间却在扭曲,在飞船中流动。上去很慢,但自动扶梯(空间)却极快。这样一来,在距离飞船很远的人眼里,飞船的速度已经超过了光速。事实上,这是一个明显的超光速,也就是说,它只是看起来超过了光速,而在飞船的参考系中,一切正常,没有飞得比光速还快,并且没有违反狭义相对论。就像在宇宙膨胀的时候,

简单来说,一艘带有曲速驱动的飞船,可以扭曲船体周围的时空,在时空中打开一条快速通道,飞船就可以在通道中飞行。本文末尾的计算机模拟视频演示了从远处看航天器的样子。这种场景在科幻电影中很常见。我们经常看到,当飞船进入超光速时,周围的空间变成了隧道状,场景迅速后退,变得模糊。这实际上是模拟曲速引擎启动后的飞行场景。

如果从这个度量反算爱因斯坦张量,就可以通过场方程知道对应的能量-动量张量,也可以知道需要什么样的物质才能产生这样的时空畸变。简单的计算表明它是一个常数Negative,即具有负能量的物质可以产生这样的时空曲率。这时候,所有的能量条件都被违背了,这和虫洞里遇到的情况一样。超光速是有代价的,你必须找到负压的物质。我们所知道的所有形式的能量都不是这样的,除了卡西米尔能量。

在您自己的后院建造经线驱动器的步骤:

准备原材料:

①负能量奇异物质

人们对这种物质知之甚少,这与我们所知道的非常不同。但不要因此而气馁,因为就整个宇宙的组成而言,我们知道的物质只占5%,剩下的暗能量和暗物质是什么,我们完全不知道。尽管有各种理论推测,但目前还没有一致的理论。或许操作层面的奇物极为稀有,那才是科幻中各势力竞争的焦点,而不是“权力宝石”。

② 一艘普通的宇宙飞船

中国反重力飞行器_中国在研究反重力引擎_中国反重力载人飞行器

可以达到的速度越高越好。Spacex 的 Falcon 型号是最低匹配的。考虑到你是个人DIY,猎鹰的性价比还是蛮高的。当然,如果你不缺钱,可以研究一下所谓的“猎户座计划”,它利用火箭尾部的小型氢弹不断引爆来产生推进力。技术流的火箭解决方案更优雅一点,一个反物质湮灭引擎。然而,反物质的成本高得难以想象,即使是有钱又聪明的钢铁侠,恐怕也买不起。

2.通过上述度量计算奇异物质的分布,然后根据计算结果将奇异物质排列在飞船周围。

在最简单的情况下,不需要做太复杂的安排,只需要妥善携带这种奇特的物质即可。因为奇异物质会自动扭曲空间。而且奇异物质不是反物质,不会和普通物质瞬间湮灭。不过,毕竟没有人玩过这种奇怪的物质,我们也不知道它有什么样的脾气。所以我没有理由这么说!

3.风险评估。这真的不是开玩笑。

首先,外来物质是否稳定。如果不稳定,你造的引擎刚飞出太阳系,奇怪的物质衰变不稳定,你能再飞回来吗?如果你不这样做,你就不会死。

其次,你要考虑扭曲空间的影响是否可控。你想扭曲,按一下,流行!进入翘曲飞行状态;到了目的地,再按一下,再关机,有多方便?如果它失去控制,它可能也不会起作用。但是引力效应有个坏问题——它不能被阻挡。当然,既然有了奇异物质,就可以考虑适当的奇异物质+正常物质是否可以屏蔽引力效应。

第三,稳定性分析。如果用奇异物质来打开空间,那么就要考虑在飞船船体等正常物质的扰动下,打开的空间是否稳定。这在技术上并不太难,但它非常重要,必须在您的设计工作中加以考虑。

非战斗人员请从这里继续阅读:也就是说,这个所谓的曲速引擎使用的燃料不是普通物质,黑科技引擎需要黑科技燃料来驱动。正如有人在评论中指出的那样,这台发动机的燃料(准确地说是能量)可以比光速更快,这很奇怪!也是负压能量,和我们熟悉的物质能量完全不同!不过,我们对这种奇特的能量也不是完全陌生,比如著名的克什米尔能量。

卡西米尔能源

克什米尔能量是真空涨落的量子效应,是负压,实验观察证实了(克什米尔两块金属板之间的吸引力被证实,极弱,注意不是万有引力)。更有趣的是,今天的宇宙观测发现,在整个宇宙的尺度上,是“宇宙排斥”,而人们发现只有负压的能量才能产生这种效应,这就是暗能量。关于暗能量,人们提出了很多现象学模型,可谓奇葩,但究竟是什么,我们仍然一无所知。也许这种奇怪的能量会在未来被发现,届时超光速将变得可行。