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曲速飞行是什么曲速引擎是什么曲速引擎航行速度是多少

时间:2019-01-11 14:20:59编辑:浮泊凉

曲速飞行是什么?人类能不能实现曲速飞行?曲速引擎又是什么?航向速度能达到多少?阿库别瑞引擎是什么?一起了解一下吧!

曲速飞行是什么?

曲速飞行在理论上是可以实现的,需要使用阿库别瑞引擎,压缩飞船前方的空间,让飞船后方空间扩张,形成一个曲速泡,飞船就可以裹在泡泡中超光速行驶了,不会受到爱因斯坦相对论的限制,时间也不会膨胀变慢。但阿库别瑞引擎也仅仅在理论上可行,现实中还没法实现。

首先,阿库别瑞引擎消耗的能量是你完全无法想象的,仅仅运送几颗原子,就需要消耗掉三个太阳的质量。

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其次,阿库别瑞引擎会出现负能量密度的情况,需要奇异物质来驱动,而奇异物质目前仅在理论上存在,宇宙中还从未发现过。

第三,阿库别瑞引擎并未完全排除回到过去的时间旅行,违背了时序保护机制,宇宙可能永不准许任何人把它生产出来。

第四,宇宙中虽然物质稀疏,但装备阿库别瑞引擎的飞船既然可以超过光速的速度前进,必然会影响整个时空。就像你驾着一架飞机在森林里飞,很可能会撞上前方的树木。曲速泡也是一样,你前面的空间既然被压缩了,那些星系、恒星、行星和智慧生命又会遭受何等恶劣的待遇呢?你自己也敢保证自己绝对安然无恙?

曲速引擎是什么?

曲速引擎(英文:Warp drive),也译为曲率引擎。是一种超光速(faster-than-light,FTL)推进系统,和跳跃引擎、超光速引擎、星际传送器等设备都是科幻作品中相似但理论不同的常见技术。曲速引擎以在影片《星际旅行》系列电影中最为常见。

和其他科幻作品不同,曲速引擎的理论在设定上并不允许在两点间进行瞬时旅行。曲速技术设想通过在宇宙飞船周围出了一种正常时空的人工"气泡",使得飞船可以安全的以快于光速的几个数量级的速度航行,同时又回避了时间膨胀的相对论性的问题。

运用空间翘曲(space warp)作为引擎来推进已成为一些物理学家所研究,例如米给尔·阿库别瑞的阿库别瑞引擎。目前尚未有坚实的技术方法被提出,也不知道阿库别瑞所提的效应理论上要怎么引发。

曲速引擎航行速度:

曲速航行的速率通常以曲速层级(warp factor)代之。一般认为曲速1级是真空光速(c);更高的层级下,速率呈指数增加。原始电视系列剧的数个剧集曾设定了企业号冒著危险以高曲速层级航行,一度高到曲速14.6级("That Which Survives")。然而,任一曲速层级的实际速度从未在萤幕上显明地被陈述,以作为经典纪录。更甚者,各电视系列剧中航行时间与星际距离在陈述上,从未严格地保持一贯性(甚至是相当松散的)。

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在了解这是个问题后,《星际迷航:下一代技术手册》的创造者决定曲速10级应作为最大值。后台的星际奇旅术语建议将曲速尺标重新调整,将旧曲速6级变为新曲速5级,而曲速10级为无限大速度而无法达到。制作人指示船只可以任意接近曲速10级,但就是无法到达刚好曲速10级。如此则贵族与旅人等生命体则能以相当快的速度航行,又可以回避限制。

举例而言,据估计,旅人将企业号推进到曲速9.999996级的速度。而第四代电视系列剧《重返地球》中的剧集"Threshold"附议了这项设定,其中角色提到曲速10级的速度是不可能达到的,因为那是无限大的速度--但不管如何,随后他们却达到了,伴随了快速地(反向)演化成两栖类的蝾螈的副作用。(虽然是许多影迷、制作人员,甚至该集的编剧与制作人Brannon Braga都普遍忽略的事件。)

时间展长

以曲速航行的船舰不会感受到任何形式的时间展长;毕竟总体来说,曲速船舰与宇宙间没有资讯交换。若船舰是采用脉冲引擎,速度则为次光速(亚光速),会感受到时间展长,因为脉冲引擎驱动的船只,仍处在正常时空连续体中。也因为这样,多数船只会将冲量速度限制在大约四分之一光速。

超曲速

超曲速(transwarp)被多次使用,指的是曲速引擎的高阶形式,常为博格人所使用;但也是一项不成功的星际舰队开发计划的课题,出现在电影《石破天惊》中。如同欲进入曲速而不会用上无限多的能量,是要在星舰的周遭产生曲速场来突破光速障(在我们的宇宙中是个理论上不可能的事件);相似地,也需要超曲速场来达到非常高的超光速速率(使得船舰能在很短时间内横越银河等级的距离。)

俗称为阿库别瑞引擎或曲速引擎的"阿库别瑞度规",是一项推敲性的时空数学模型,可以仿造出科幻中星际旅行里的作为跨星际的超光速航行的工具--曲速引擎,因此才被俗称为"曲速引擎",这种俗称也出现在物理学的期刊论文之中。

阿库别瑞引擎是什么?

阿库别瑞引擎遵守广义相对论中爱因斯坦方程,在这范畴下建立出一项特别的时空度规。物理学家米给尔·阿库别瑞于1994年提出了波动方式展延空间,导致航行器(简称为"船")前方的空间收缩而后方的空间扩张,前后所连成的轴向即为船想要航行的方向。

船在一个区间内乘着波动前进,这区间称为"曲速泡",是一段平坦时空。既然船在泡泡内并不真的在移动,而是由泡泡带着船走,广义相对论中对于物体速度不可超过局域光速的限制就派不上用场。还不知道怎么引发出这样的波动,或是一旦引发了,船要怎么离开它。因此阿库别瑞引擎至今仍属于理论概念范畴。

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引擎特性

对于熟悉狭义相对论中种种效应--诸如洛伦兹收缩、相对论性质量增加及时间展长--的人来说,阿库别瑞度规有些独到之处。既然处在度规中移动体积中心的船,其相对于局域平坦空间是静止的,则相对论性质量增加或时间展长就不会发生。太空船上的时钟进行的速率会和外界观察者的时钟一样,而观察者所测到的船质量不会增加,即使这艘船在他/她看来是在做超光速航行。

此外,阿库别瑞亦指出:即使船在加速,它仍然是航行在自由落体的短程线上。换言之,利用曲速来加速或减速的船永远处在自由落体状态,船员也感受不到一般加速下会出现的G力。庞大的潮汐力会出现在平坦空间体积的边缘,因为该处会有很大的空间曲率,但透过合适的度规设计,这些区域可以被弄成很小,而不会影响邻近的空域或星球。

研究发展

Chris Van Den Broeck于一篇1999年的论文试图阐述一些可能的课题,亦发表在《经典与量子引力》期刊。借由将引擎运送的"曲速泡"的3+1维表面积收缩,同时扩张所包含的内部3维体积,Van Den Broeck能将运输几颗小原子所需的总能量减少到少于3个太阳质量。随后,透过对Van Den Broeck度规稍微修改,Sergey Krasnikov可以将负能量总需求缩减到几个毫克。

González-Díaz的工作解决了2维量子不稳定性的问题。在此一发表在《物理评论D》62卷(Physical Review D Vol.62),González-Díaz提议考虑封闭类时曲线的课题。这样的改善允许了多连通空间(multiply-connected spaces),结束了短程线不完备性并满足了量子不稳定性的要求。

最新设想

2012年9月14日,美国国家航空航天局约翰逊航天中心的科学家和工程师们在"百年星舰"的研讨会上,提出了通过"曲速引擎"实现恒星际宇宙航行的议题,并认为该技术是有希望实现的。物理学家米给尔·阿库别瑞设想的"曲速驱动"方式是在一艘形状似足球状的宇宙飞船外形成一圈巨大的环,该环需要特殊的技术制造,其功能是使的飞船外部的时空弯曲并围绕着飞船,形成一个曲速泡。

宇宙飞船前后空间可进行收缩和扩张,而飞船本身却置于一个没有扭曲的时空泡中,也就是说只有曲速泡外的时空发生了扭曲,飞船所在的时空是平坦的。根据伊卡洛斯星际公司首席执行官、物理学家、博士后研究员理查德·奥伯塞(Richard Obousy)介绍:"在宇宙空间中,光速是恒定的,一切物体运行速度都要受到光速的限制,但曲速驱动是一个很酷的想法,通过'编织'时空而避免了光速限制的定律。"按照这一概念打造的宇宙飞船,将能够实现10倍光速左右的宇宙航行速度,而且不破坏光速限制。