【转】美国NASA致力研究超光速引擎,具备可能性

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【转】美国NASA致力研究超光速引擎,具备可能性

落雨_ 2011-04-16 09:11:00 浏览528
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科幻电影中的超光速飞船概念
  据国外媒体报道,在上周五于美国佛罗里达州召开的第五届星球大战影迷大会中,星球大战的忠实影迷们指出,超光速引擎不应该仅仅是只存在于科幻作品中宇宙航行的基础,更应该是美国航空航天局(NASA)未来的研究方向,而美国航空航天局也表示确有此方面的研究。
  作为对星球大战影迷们的回应,美国航空航天局国际空间站后勤负责人约瑟夫•特里亚多表示,星球大战系列和美国航天航空局其实有很多共通之处,我们都是着眼于未来,美国航空航天局已经达到星球大战那样的航天水平的基础。
  对此高级推进技术专家理查德•奥博赛认为这并非强人所难,在可预见的未来,美国航空航天局发展出超光速引擎也是必然的。奥博赛目前正在撰写一篇论文,该论文主要是关于其在德克萨斯州的贝勒大学对曲数引擎(Warp Drive)的研究,该引擎可使曲数飞船(Warpship)达到超光速但是不会违背物理法则。奥德赛表示,目前仅有两种方法可以达到超光速航行,一是虫洞理论,二是曲数引擎。两者都利用了时空的连续性,两者都需要巨大的能量作为支持,并且都需要利用暗能量。而实际上,美国航空航天局早已开始了对此两者的研究,研究其超光速航行的可行性。
  奥博赛所指的是美国航空航天局在1996到2002年间所进行的“突破性物理学推进技术(Breakthrough Propulsion Physics)”方案,该方案研究了8种不同的超光速推进方式,最终认定曲速引擎以及虫洞理论是最有可能达到超光速航行的方法。这无疑是振奋人心的消息,但是由于我们物理学水平的限制,这条路还很漫长。
  因此奥博赛还表示,曲速引擎现在还只能是理论阶段,仅仅在已知的物理学理论之下研究,要达到超光速航行还为时尚早。星球大战系列对超光速引擎的描写极少,但是我们知道飞船可以在很短的时间内从一个星系到另一个星系,注意是很短的时间内,而并不是马上就到了,所以我们只能假定星球大战里的超光速引擎是曲数引擎,通过花费一定时间改变时空来达到超光速航行而不是虫洞理论下的即刻到达。
  不幸的是,在这些领域的后续研究很少,无论虫洞理论还是曲数引擎都不是正式的研究课题,科学家们都是在工作之余才有时间精力对其研究,目前还没有固定的资金来支持该领域的科研。
  正如“突破性物理推进技术”方案得出的结论,只有巨大的投入,该项目才有丰厚的回报。
名词解释:
1、曲速:
  曲速(Warp)与曲速引擎(Warp drive)有二重涵义,皆关于超光速航行。原先出现在科幻领域中的星际奇旅(Star Trek)之中,后来也涉及到理论物理的一种时空模型。
  曲速引擎就是说一个物体前的空间迅速弯曲缩小,物体后的空间迅速弯曲扩大。就像在后面吹气球将物体挤向前,物体其实不动的。不过要使空间弯曲要太阳的10亿倍能量。
  要对曲速推进系统有更深入的讨论,通常会参考由里克·史腾巴赫(Rick Sternbach)和麦可·奥田(Michael Okuda)所着的《银河飞龙技术手册》(Star Trek: The Next Generation Technical Manual)第五章「曲速推进系统」,其中提到几项主题:
  曲速场理论与应用,包括了曲速测量、速度,以及限制。
  物质-反物质反应组,包括了反应物喷射器、磁性约束节、反应腔,双锂水晶(戴立辛水晶)的角色,以及能源传输导管。
  曲速场机舱,包括了电浆喷射系统、曲速场线圈,以及曲速推进效应。
  反物质储存与输送、曲速推进系统燃料供应、巴萨冲压喷射机的燃料补给,以及船上反物质生成。
  轮机室操作与安全、紧急关闭流程,以及灾变发生流程。
  然而需注意的,影集常常有与《银河飞龙技术手册》或《银河前哨技术手册》矛盾的地方。
  连续体扭曲推进(continuum distortion propulsion)的精髓在于产生包复船舰的曲速场。利用来自物质/反物质反应产生出的高能电浆,以其对曲速机舱的子空间线圈充能,可以产生出曲速场。
  能够克服广义相对论所提的限制,其关键在于子空间场减低了所包复物体所感的重力常数。如果场的影响使重力常数减到零值,这时传统上需遵守的相对论就不发生作用,以此情况下,质量因素已被挪除。船舰可以透过「非对称蠕动场」操控获得推进力。这是指子空间场是按照从前向后的架构充能,因而将船舰周遭的空间推动,, 而肇生了连续体扭曲推进(continuum distorsion propulsion)这样的名字。一层曲速场可以达到曲速一级的速度,然而有意思地,这样的速度并非刚好是光速,以这样速度行进的物体,即使是光本身,在光速上下的两种速度态之间交替变换,每个态的停留时间不超过蒲朗克时间。
  达到高曲速层级的关键在于将多层曲速场套叠在一起,并调和曲速场间的耦合率和去耦合率。在高曲速时,耦合与去耦合效应造就了更大的推进力。如同上面曲速尺标图所指的,要达到高曲速层级所要花的能量随着速度极快地增加,使得要达到曲速10级看起来是不可能的——场的耦合与去耦合率会短于蒲朗克时间,同时能量要求会超过曲速核所能负载。
  既然曲速场是对齐好的,并以从前到后的架构产生,就生出了一项疑问:如果场没有对齐的话会出什么状况?推测上,这会造成船舰结构完整度的灾难性影响——船身一部分会以比其他部分更快的速度航行,然而船身会撕裂开来。
2、虫洞理论
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由阿尔伯特·爱因斯坦提出该理论。简单地说,“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管。暗物质维持着虫洞出口的敞开。虫洞可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来,并提供时间旅行的可能性。虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道,所以也叫"灰道"。
  早在19世纪50年代,已有科学家对“虫洞”作过研究,由于当时历史条件所限,一些物理虫洞学家认为,理论上也许可以使用“虫洞”,但“虫洞”的引力过大,会毁灭所有进入的东西,因此不可能用在宇宙航行上。
  假如说大家都在一个长方形地广场上,左上角设为A,右上角设为B,右下角设为C,左下角设为D。假设长方形的广场上全是建筑物,你的起点是C,终点是A,你无法直接穿越建筑物,那么只能从C到B,再从B到A。再假设假如长方形的广场上什么建筑物都没了,那么你可以直接从C到A,这是对于平面来说最近的路线。但是假如说你进入了一个虫洞,你可以直接从C到A,连原本最短到达的距离也不需要了。这就是所谓的虫洞。但是由于虫洞引力过大,人无法通过虫洞来实现“瞬间移动”的可能,如同超时空转换。
  随着科学技术的发展,新的研究发现,“虫洞”的超强力场可以通过“负质量”来中和,达到稳定“虫洞”能量场的作用。科学家认为,相对于产生能量的“正物质”,“反物质”也拥有“负质量”,可以吸去周围所有能量。像“虫洞”一样,“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过,目前世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量”能存在于现实世界,并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。
  据科学家猜测,宇宙中充斥着数以百万计的“虫洞”,但很少有直径超过10万公里的,而这个宽度正是太空飞船安全航行的最低要求。“负质量”的发现为利用“虫洞”创造了新的契机,可以使用它去扩大和稳定细小的“虫洞”。
  科学家指出,如果把“负质量”传送到“虫洞”中,把“虫洞”打开,并强化它的结构,使其稳定,就可以使太空飞船通过。

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