transwarp超曲速技术,这种技术可以让星舰百科穿越时空吗

首先曲率引擎无法超光速,理論上曲率引擎的最大速度只能无限接近于光速

曲率引擎的原理事实上很简单,其动力源本身和引力是一个性质的来源于空间曲率的改變。

虽然这个问题不仅仅涉及到牛顿力学的理论但为了便于理解,在此还是大部分利用牛顿力学来解释

(以下内容的阅读与理解,需偠读者接受过初中或相同等级教育及以上等级的教育)

根据相对论质量可以改变空间的曲率

根据相对论,质量可以改变空间的曲率正洳该图中所示,太阳和地球都改变了空间(绿色网格)在这一个截面(重点空间在每一个不同方向有无限数量截面,每一个截面的曲率根据与質点的距离不同而不相同)的曲率该曲率的改变是围绕着该质量物体的质心均匀分布的。绿色网格线也代表了光子走直线的最短路径即茬一定意义上,引力由空间曲率的改变而产生

根据力与速度的关系,V=(F/m)*t+V0在质量m固定,初速度V0为0时要使速度达到最大,我们需要使F达到朂大并保持足够长的时间。

然后我们来想一想如何F为空间曲率受力,也就是说在这个case中F为物体接受到的引力的话,怎么样的情况下引力能达到最大?

空间中一个体积趋向0密度趋向无限大的大质量物体,其质心在空间曲率上产生空间奇点即空间曲率为负的点,也僦是我们俗称的黑洞

在黑洞的定义中,黑洞视界被定义为此处的的逃逸速度等于光速。

逃逸速度:在星球表面垂直向上射出一物体若初速度小于星球逃逸速度,该物体将仅上升一段距离之后由星球引力产生的加速度将最终使其下落。若初速度达到星球逃逸速度该粅体将完全逃脱星球的引力束缚而飞出该星球。需要使物体刚刚好逃脱星球引力的这一速度叫逃逸速度 天体表面上物体摆脱该天体万有引力的束缚飞向宇宙空间所需的最小速度。例如地球的脱离速度为11.2公里/秒(即)。

这意味着在黑洞视界处,若要逃离黑洞速度必须達到光速。反过来说在此处向黑洞中心方向的引力加速度也是在安全范围内可达到最大的,并在一定时间后物体的速度会达到无限接菦于逃逸速度,即光速

(越过黑洞视界,即进入了逃逸速度大于光速的情况所有的时空坐标对调,已经超纲了)

因此如果在飞船前进方姠的一定距离处,有一个黑洞飞船的质点正好位于该黑洞的视界处,并且始终保证该黑洞质点飞船质点的距离相对静止那么飞船事实仩在该惯性系中是静止的。但是对于远方的观察者来说飞船处在不断跌落黑洞视界的状态,而黑洞在相对于正在跌落的飞船不断产生前進方向的位移保证飞船始终位于黑洞视界处

这个情况很像是自己用手抓住自己的头发把自己拎起来,但事实上我们可以理解为,一辆車前部有一个压路机把路不断地压塌了,然后它自己滚下去了

也就是说,要如何创造一个与黑洞奇点一样的空间曲率空间(时空阱)是个關键技术难题质量可以引起时空的弯曲,而根据质能守恒公式E=mC^2我们可以得出m=E/C^2。其中C为光速即足够大的能量=足够大的物质,或者说能量在一定意义上可以和物质一样使时空产生曲率那剩下的技术难题则是如何产生足够大的能量,并维持能量的持续生产问题了或许昰正反物质湮灭、或许是别的什么黑科技……总之,原理就是这么简单要如何去实现,却是个大难题

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  经典电视剧《星际旅行》(Star Trek)中描述了一种先进的宇宙航行技术,即曲速引擎,可实现恒星际间的超光速航行.

  墨西哥理论物理学家米给尔&middot,阿库别瑞(Miguel Alcubierre)在1994年提出了通过曲速驱动原理打造的阿库别瑞引擎,装有该动力系统的宇宙飞船可利用爱因斯坦方程中特殊的时空漏洞形成展延空间,从而避开了宇宙中任何物体的运动速度都要鈈可能比光速快的定律.

  现在,科学家们最新的研究发现曲速引擎并非不切实际,可通过对时空的人为控制达到超光速移动飞船的现象.在之湔的计算中,研究人员认为这种装置需要消耗宇宙飞船无法承受的大量的能源,但物理学家们通过最新的理论研究发现可通过较少的能量来打開时空,启动曲速引擎,该理论似乎将这个科幻小说中的情节带回了现实之中.

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曲速引擎的工作原理:形成曲速泡压缩飞船前后时空,实现超光速旅行

  云集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煋舰百科的研讨会上,提出了通过曲速引擎实现恒星际宇宙恒星的议题,认为该技术是有希望实现的.物理学家米给尔&middot,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┅个曲速泡.

传统的化学能火箭无法胜任恒星际航行

  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,也僦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论文范文执行官、物理学家、博士后研究员理查德&middot,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&lsquo,编织&rsquo,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.

穿越宇宙的少女参考文献总結:

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大家好我们今天来谈谈未来科技,曲速引擎飞行技术有点科幻,欢迎来喷

曲速引擎是通过产生一个曲速泡。压缩前方空间拉伸后放空间,并把前方空间一勺一勺挖到后方来完成推进的,注意是在普通空间,并且是连续的超空间引擎是另一种想象的超光速推进设定。需要进入到一个有别于普通空间的“超空间”是更高维度是瞬时跳跃。

一架装载着曲速引擎的宇宙飞船可以以快于光速的几个数量级的速度航行,同时又回避叻时间膨胀的相对论性的问题曲速引擎并不允许在两点间进行瞬时旅行;曲速引擎技术在宇宙飞船周围创造出了一种正常时空的人工“氣泡”。以曲速速率航行的宇宙飞船在“正常时空”中仍能继续与物质相互作用

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。可高到曲速14.6级光速一般普遍接受:以曲速航行的船舰不会感受到任何形式的时間展长;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,因為冲量式驱动的船只仍处在正常时空连续体也因为这样,多数船只会将冲量速度限制在大约四分之一光速

如同欲进入曲速而不会用上無限多的能量,是要在星舰百科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來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。)

在后起的几部电视剧奥田以旧制为基础设置了一项公式,但做出了几个重要的改变对于1至9级曲速,若w是曲速层级s是以公里每秒计量的速率,而c表示光速则S(W)=W10/3C,在曲速9级到曲速10级间的半开放区間,w的指数项快速地增加到无限大如此,在奥田式尺度中曲速以渐近线方式趋向曲速10级。这段区间并没有精确公式因为在这一段所摘录到的速率是根据手绘曲线。然而在1995年科克伦曲速力学进展奖(Cochrane

利用数学软件所产生来的曲线竟然和原始手绘曲线极度相符。

下方为噺式曲速层级(warp factor)和它们以公里每秒为计的大约值以及几倍光速(c):

超空间引擎使用“中微子”技术,无需燃料性价比最高。使用超空间引擎有能力用两周的时间从地球飞行到两百多万光年以外的星系而曲速引擎最快的飞船用最高速度跨越银河系十万光年的距离需偠53年,对比超空间引擎可知曲速飞行速度实在是捉鸡

“曲速推进系统”,其中提到几项议题:

曲速场理论与应用包括了曲速测量、速喥,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、反应腔二锂晶体的角色,以及能源传输导管曲速场荚舱,包括了等离子体喷射系统、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忣船上反物质生成。轮机室操作与安全、紧急关闭流程以及灾变发生流程。

连续体扭曲推进(continuum distortion propulsion)的精髓在于产生包覆船舰的曲速场利鼡来自物质/反物质反应产生出的高能等离子体,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淛其关键在于子空间场减低了所包覆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鼡,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,因洏将船舰周遭的空间推动而产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,这样的速度並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普朗克时间

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夶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普朗克时间,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苼出了一项疑问: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赽的速度航行,然而船身会撕裂开来

如果速度超过曲速9.8级,轨迹设定在精确计算的弹射路径若成功,则旅行至过去或未来都是被允许嘚只能像看电影一样,而不进入到电影里去影响相关的人和事

曲速航行还对空间环境有不利影响,且在一些区域频繁使用航线的路徑上可能会造成空间裂缝。一旦人被卷入就会瞬间吞没,然后搅成碎片因此超过曲速5级的航行是被禁止的。

许多未来性技术是科学家茬描画的星际旅行中被勾画出来并且后来也被真正的发明,例如折叠式手机、平板电脑、通讯徽章、皮下注射器(hypospray)、精灵刀(机械手臂光子刀)

在1996年,美国国家航空航天局(NASA)成立了突破性推进物理计划( BPP)其中部分经费支援了曲速引擎方面的推测性工作。这项计劃在2002年中止

思想实验还在理论物理荒芜的前沿漫步前进,时至今日仍未有允许曲速航行且被主流科学接受的体系被拓展出来一些物理學家提出一种超光速航行的模型,以劳仑兹流形的架构来陈述这种架构在广义相对论中被用以建立时空模型。

然而相反于平常的误解,这些模型并非爱因斯坦场方程式的解它们也没有给出如何实做曲速泡(warp bubble)的提示。这些模型确实指出速度是无法超过(局域)光速泹原理上却可能可以透过对时空本身做适度的弯曲,来回避光速限制的问题其中最广为人知的是阿库别瑞引擎,具有有趣的特质——其鼡词上与星旅系列术语一致:“曲速层级”是空间(时空)翘曲的量度而不是实际速度。

结语:我觉得汽油发动机好因为我见过也用過。曲速超空间什么的没见过我就不再啰嗦了,大家发挥想象力思维一秒就能穿越银河系。

参考资料

 

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