曲率驱动真的可以达到光速吗?现在能否做到曲率驱动?

人类对速度的痴迷是与生俱来的,为了追求更高的速度,运动员可以通过更科学的训练来不断打破田径场上的世界纪录,工程师也不断的研究和推出更快的跑车和更高速的飞行器,2018年,美国波音公司连续公布了在5马赫级别(时速超过6100公里)的军用与民用高超声速载人飞机概念与方案,

然而对于那些以未来的征途是星辰大海的科学家来说,这样的“高速”实在是“慢”的和蜗牛有一拼,他们心中的高速是能以光速为参照速度的飞行器,如果要想达到恒星际航行的目标,飞行器的速度至少要达到光速的百分之一(3000公里/秒,时速1000万公里以上),参考电影《流浪地球》中,经过500年加速才使地球的速度达到光速的千分之五,飞行千年才能到达最近的恒星系。所以,在未来的恒星际航行,这种传统的工质推进的飞行器的动力方式是不可行的。于是,科学家脑洞大开,在现有理论的框架下,“设计”出了多重航行方式,而曲率驱动也是其中之一。

关于曲率驱动这个概念,在1994年由墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利(Miguel Alcubierre)第一次提出。依据的理论基础就是,基于人类对宇宙的观测,认为我们的宇宙空间的形状并不是平坦的,不管宇宙是什么形状,都是存在着一定的曲率在太空的飞船如果可以利用某种技术使其后方空间的曲率变小,应该说是绝对值变小,变得更“平滑”一些,那么飞船就会被前方曲率更大的空间“拉”过去,这样让飞船前方的空间收缩而后方的空间扩张的方式驱动飞船,而飞船本身实际上是“静止”的,飞船只是停留在一个由平滑的时空组成的“曲速泡”内,这里的时空曲率不受影响,飞船的“移动”实际上只是“乘着”这个曲速泡在走,这种设想的驱动方式就算曲率驱动。虽然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。也有一些科学家认为,由于这种驱动方式是利用空间的“收缩膨胀”效应,而时空本身并不受光速极限的限制,这样,曲率飞船理论上便可以实现以超光速飞行,而不违反物理学中的“光速最快”限制。

关于曲率飞行,我们可以用肥皂小船实验做一个比喻,在《三体Ⅲ·死神永生》中,程心和艾AA也是从肥皂小船实验中得到灵感,破译了云天明给出的最后一个暗示。实验原理和曲率飞行相似,把一艘小纸船放到水面上,由于水表面张力(曲率)的存在,纸船会漂浮在水面上,当在小船尾部放入肥皂,由于肥皂含有表面活性剂,可以降低水的表面张力,所以当肥皂溶解到水中时,小船尾部水面的表面张力降低,小船前部的表面张力不变,这样就像拔河一样地把小船“拉”到了前方,即便小船自身没有任何动力。

既然曲率飞行可以让人类实现星际旅行的梦想,但这个梦想距离现实还是比较遥远的,因为“曲率飞行”目前仍然只是理论中可能出现的情况,并且,如果基础理论和人类的技术没有超越式的突破,曲率飞行就永远存在于科幻小说和电影中了。不说技术上的问题,按照现有的理论来看,曲率飞行需要的能量十分巨大,用曲率飞行的方式把一个原子运输到一光年之外,就需要消耗掉大约2个太阳的全部能量。这样的超高能耗不是一个还没有达到Ⅰ型文明的人类能够负担得起的。如果驱动一艘飞船,也许全宇宙的能量也不一定够用,

不管怎么样,至少曲率驱动给人类在理论上一个方向,现在的人类不能掌握这种技术,谁说未来的人类不会办到呢?毕竟,未来有无数种可能。

通过曲速引擎驱动达到甚至超过光速,理论上是可以的,但目前还处于幻想探索之中。

这种引擎的理论基础是广义相对论。引力可以扭曲时空,也可以看作是折叠时空,就是把时空折叠起来,比如一张纸,把一张长方形的纸从中间对折,这张纸两头的边缘就合在了一起,纸张这头的蚂蚁就可以瞬间移动到纸张的另一头,省却了纸张中间很长距离的爬行。

如果把一光年的时空折叠成这样,这一光年不就一步跨过去了吗?那要比光速快多少倍?

爱因斯坦相对论把光速定为我们宇宙最快的速度,任何有质量的物体都无法突破这个藩篱,百年的实践和观测已经钉死了这个规则,谁也没有办法打破。今后人类如何在广袤的太空中穿梭呢?速度这个瓶颈如何突破呢。

曲速引擎似乎给人类一线曙光,这种时空折叠的跳跃式前进,既可以打破光速的限制,又不会受到时间膨胀效应的影响,是突破人类星际航行速度瓶颈的一个最好的预其。

现在对于曲率引擎的设想是公说公有理,婆说婆有道,并没有一个统一的认识。

有消息认为,美国NASA的科学家已经开展了对曲速引擎的研究工作,还发布了一个官方曲率场研究报告(见上下有关配图),这个流传于网上的报告有60页,对曲速引擎研究进行了框架式的描述。

但另一则消息却说明NASA的研究另有途径,他们通过一套被称为“EM drive”的动力装置获得了推力。(见上图)

但这个装置并非一般意义上靠扭曲时空前进的“曲速引擎”,其工作原理实际上是通过电磁波在一个圆锥形金属封闭空间内产生的一部分能量,外界对这项技术并不认同,认为违反了物理学动量守恒定律。

但这里说的似乎是两码事。

持泼冷水态度的科学家却另有说法。

加州理工学院理论物理学家肖恩·卡罗尔详细研究了NASA的报告,得出了不可行的结论。

他认为在曲速场内,飞船必须利用负能量搜索前方的空间,并让后面的空间膨胀,但迄今为止,没有人知道这种负能量到底是什么,更别提如何利用了。

因此报告只是将理论物理学的细枝末节加以装扮,太过理想化。在未来1000年内,实现的可能性为零。

的确,人类现在只捕捉到烧不开一杯开水的反物质,而负能量还是一个理论上存在的谜。所以需要大量负能量才能够实现的曲速航行目前还只能是一个未知数。

但人类要走向深空,总要找到一种突破光速藩篱的办法,否则只能在太阳系里活动。要么在理论上有所突破,要么找到一种新的途径。

时空通讯还是期待着曲速引擎总有一天能够幻想成真。

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曲率驱动肯定能够超光速,别说超光速了,就是几十倍的光速几百倍的光速也能够轻易的超过,只是曲率驱动只存在于安宁医院患者的大脑中!

曲率驱动真的可以达到光速吗?现在能否做到曲率驱动?

天下武功,唯快不破!曾经是对江湖上各种派别武术的评价!当然到现在为止速度仍然是人类不懈的追求,但到现在为止,即使是去到内行星甚至太阳探测的帕克探测器,速度仍然在200KM/S上下徘徊!而到达最近的比邻星也有超过4光年的距离,即使以这个速度赶往比邻星也需要超过6000年的时间!

当然这个速度并不是火箭的极速,毕竟火箭还有非常大的潜力可以发掘,随着离子推进技术的进步,甚至未来核聚变发动机的突破,我们的速度仍然可以往更高的方向进步!但不知道各位有没有发现,我们无论如何努力,总会有一个天花板挡住我们的脚步,这就是光速!因为在速度接近光速的条件下其质增效应会让无论再加大推力都无法让飞行器再快那怕是1M/S,因为质量增加效应已经抵消了火箭的反推所提供的动力!

越接近光速,物体的动质量越大!上图是这是牛顿第二定律的极限,也是火箭的极限,当然我们现在远未达到极限,但可以想象在不远的未来有进步的天花板挡着我们,那是一件多悲哀的事情?因为即使达到光速,人类依然无法在有生之年跨越10万光年半径的银河系!那么有什么手段可以越过这个光速屏障吗?当然有,只不过所有的手段都还在纸面上,一般有如下几种:

一、曲速引擎

这种引擎的原理利用空间的弹性将飞船推向前进,因为空间膨胀并不受光速限制,但这也有一个要求,即《三体》中的曲率引擎和《星际迷航》中的曲速引擎,尽管两者原理一样,但效果则完全不一样,因为曲率引擎的上限是光速,但曲速引擎则几乎没有上限!

上图是曲速引擎的基础,飞行器包裹在曲率空间泡之内(曲率引擎没有这个过程),在曲率空间泡前方制造拉伸空间,后方则压缩空间!前方的空间拉着、后方压缩空间推着曲率空间泡前进!但运动的只是曲率空间泡,内部的飞行器与周围的曲率空间泡并没有相对位移!完美的避开了飞行器速度极限时的质增效应!而曲率引擎因为没有曲率空间泡包裹,因此它相对于空间仍然存在位移,所以曲率引擎的上限一样是光速!

但曲率引擎达不到光速,从理论上来看与空间存在相对位移的引擎依然无法突破质增效应,因此再大的空间弹性也不可能推动无限质量的飞行器以更快的速度飞行,因此我们认为曲率飞行器是无法达到光速的!当然到现在为止我们无论在曲率引擎还是曲速引擎上都没有任何建树,甚至连门道都还没有摸到,以现在的技术来讨论这种引擎,无异于痴人说梦话!

二、虫洞

《星际穿越》中土星附近的虫洞是串接起整部电影前后情节的关键,当然这个并不是一种引擎,而是一种将相隔遥远的空间以爱因斯坦-罗森桥的形式连接起来,进入这个隧道的飞行器,将不需要经过三维空间中的实际路程,而是直接通过隧道到达遥远的宇宙!

就像上图这样,以某种强大的能量将之连接起来!

《星际穿越》中穿越虫洞的景象!当然这是我们对虫洞内部的想象而已,而实际是否存在或者到底是否是这样,则完全不是我们所能考虑的,因为这个理论基础都不全!

科学家的想象力是无限的,引擎和技术并不局限于这几种!但科技水平依然有限,毕竟没有技术的支撑,再美好的想象依然如一张废纸,也许不远的未来我们可以实现这种不可能的引擎或者虫洞,各位拭目以待吧!

很多朋友应该都看过《星际迷航》这部科幻电影,里面有一种巨大的星际飞船,采用的就是曲率驱动技术,这种飞船可以凭借这种技术达到曲速飞行,电影里面称其速度可以超越光速,那么现实中这种技术理论真的可行吗?将来人类有可能制造出曲率驱动的超光速飞行器吗?

曲速飞行这一概念并非《星际迷航》首次提出来的,有一位德国物理学家早在上世纪50年代就提出来了,然而那个时候的人们都认为他在痴人说梦,根本不可能实现的,但是科幻小说和电影创作者们却从中找到了灵感,于是电影中出现了用曲速飞行的巨大飞行器。

曲率驱动飞行到底指的是什么呢?其实它涉及到了理论物理的一种时空模型,要想做到曲速飞行,首先要有一个强大的曲率引擎,不过这种曲率引擎并非发动机,而是一种能改变时空结构的机器,比如装有曲率引擎的飞船,那么曲率引擎就可以把飞船前面的空间迅速弯曲缩小,同时将飞船后面的空间迅速弯曲扩大,那么飞船退出后面的空间进入前面的空间就会省去不少时间,即便飞船本身的速度无法达到光速,但是由于时空被改变时间被缩短,那么也就等于达到或超越了光速。

然而想改变时空结构可不是那么简单的事情,我们知道宇宙中能大幅度改变时空结构的只有那些黑洞之类的大质量天体,但是我们又不可能给飞船上装个黑洞,有人计算认为改变飞船前后的时空需要相当于太阳10亿倍的能量,这简直是不可想象的。

还有一个问题就是,如果扭曲飞船前后的时空,那么飞船将处于有着强大差别的引力场中,而要想达到光速,那么这个引力场应该要强到接近黑洞视界边缘的强度,然而如果引力场强到这个级别上的话,我们已知的任何物质都会被撕得粉碎,连原子都很难存在,因此用什么样的材料来制造这样的飞船,并且将这样的飞船至于什么样的保护之下,也是一个不可想象的难题。

所以目前来看,利用曲率驱动达到光速或者超光速飞行是个理论和技术上都让人徒呼奈何的事情,至少在未来的很长时间内,这样的飞行技术都只能在想象中存在,有科学家就认为这样的飞船至少在1万年内都不会出现,因为技术难关太大了。

理论上曲率驱动可以实现超光速的梦想,但是现在人类的技术达不到,在以后能否实现曲率驱动也很难说。


爱因斯坦的狭义相对论对于光速有要求,有静止质量的物体永远达不到光速,这是理论上的限制而非技术。这意味着人类被光速限制在太阳系内,距离我们最近的恒星是比邻星在4.22光年之外。目前我们最快的速度大约是帕克太阳探测器在接近太阳的过程中受引力加速速度达到70公里每秒,如果按照这个速度飞到比邻星大约需要4285年。

目前距离我们最远的探测器是旅行者一号已经飞行了大约42年,它的平均速度大约是17公里每秒,正好超过第三宇宙速度可以飞出太阳系。按照它的速度大约需要17647年飞出太阳系,飞到比邻星大约需要74470年。这就是人类目前的处境,地球寿命无限但是太阳是有寿命的,太阳演化到红巨星时代人类必须要离开地球,这意味着人类未来必须要飞出地球进行星际航行。

爱因斯坦的广义相对论给了人类希望,按照广义相对论时空是可以弯曲的,虫洞就是时空弯曲留给人类的希望,穿越虫洞可以实现时空穿梭;

除此之外对于时空弯曲的利用还有曲率驱动,如果通过时空弯曲实现超光速运动并不违反爱因斯坦的光速不可超越理论,例如宇宙超光速碰撞就是如此。曲率驱动简单的理解就是通过通过对飞船后方时空曲率的改变,从而使飞船前方的时空把飞船拉过去。大家可以做一个小纸船,在船后方扎个洞放上肥皂小船自己就会向前运动,这是因为肥皂溶解水的时候降低了水的张力,小船就被前方较大的张力吸引过去。

在大刘《三体》中最后程心就是坐的曲率驱动的飞船逃出太阳系的。以后人类是否能掌握这种技术也很难说,但是理论上可以实现超光速。


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曲率驱动,又被叫做曲速引擎,目前更多的只是科幻题材,还远远谈不到科学。利用曲速引擎技术,速度不仅仅能达到光速,理论上可以比光速快很多倍!

曲速引擎的原理是利用爱因斯坦的广义相对论,我们所在的时空并不是平坦的,也不是一成不变的,而是可以弯曲压缩折叠的,利用空间的这种特性就可以实现“超光速飞行”!

简单说就是创造一个“时空泡沫”,飞船位于时空泡沫中,驱动飞船前后方的时空,压缩飞船前方时空,同时伸展飞船后方空间,如此一来,飞船就能实现告诉飞行,本之前飞船本身并没有飞行,是飞船所在的时空泡沫在超光速移动!

这种原理就类似操控帆船在海浪上乘风破浪一样。因为时空本身的速度可以超过光速,所以飞船就能以超光速飞行!

目前的人类科技远不能实现曲速引擎技术,而且在可以预见的未来几百年时间也很难做到,因为操控时空结构需要极大的能量,同时还要保证飞船周围时空的稳定性!

在《三体3 死神永生》里,星环号用曲率驱动只是无限接近光速,但为什么200多光年的行程只用了50小时,有人讲过

别说曲率驱动能不能达到光速,实际上有这种想法的人本身只是一个任吗不懂的崇拜者,因为他连光速是如何产生的都不知道,就梦想用什么方式可以达到光速!

曲率驱动只是幻想,并不能实现。

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