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想实现光速旅行,这些方法都没戏

2019-11-04 11:44编辑:admin人气:


  科学家一直在寻找更为高效的太空旅行方式,甚至大开脑洞,构思出种种光速旅行的设想。但以目前可以预见的技术手段,人类不可能实现光速旅行,也不可能实现恒星际航行。

  记者 付毅飞

  去别的星球看一看、玩一玩,甚至干脆住下来,是许多科幻迷的梦想。科学家们也在未雨绸缪,为人类寻找“第二家园”。从火星、半人马座到开普勒452B,他们的目光越投越远。

  然而现实问题是,就算找到一颗合适的类地行星,我们也没办法搬过去。面临考验的不仅是航天技术,恐怕还有人类的寿命。以电影《阿凡达》中在半人马座虚构的“潘多拉”星球为例,要前往这颗距我们4.4光年的星球,即使按太阳神2号创造的人类飞行器速度纪录(约每小时25万公里)来计算,也需要差不多2万年。

  为了实现梦想,科学家一直在寻找更为高效的太空旅行方式,甚至大开脑洞,构思出种种光速旅行的设想。但中国航天科工集团二院研究员杨宇光向科技日报记者表示:“以目前可以预见的技术手段,人类不可能实现光速旅行,也不可能实现恒星际航行,除非人类对基本物理学认知上出现质的飞跃。”

  光速旅行设想缺乏物理学支撑

  最近,美国国家航空航天局(NASA)工程师大卫·伯恩斯提出了一种近光速粒子加速相对性螺旋引擎概念。他声称这种引擎无需任何燃料,就能让飞船达到光速的99%。这一概念已发表在NASA的技术报告服务器上。

  不过有专家认为,该设想可能得不到物理定律的支撑。

  伯恩斯的发动机原理并不复杂。一个盒子一根杆,杆上套上一个圆环,盒子里的弹簧推圆环,滑到头之后弹回来形成振荡,这样的效应会让盒子来回摆动。伯恩斯认为,如果让圆环滑动时质量增大,盒子的一端就会比另一端重,从而加速前进。要怎样才能实现这种加速呢?伯恩斯认为,狭义相对论已经提出了解决办法,那就是让物质以近光速运动,这样质量就会增加。他设想用粒子加速器代替圆环,粒子在一个冲程中迅速加速到相对论速度,而在接下来的冲程中则迅速减速。在这样的情况下,实际上可以不要盒子和杆,而将粒子加速器设计成螺旋形进行横向和圆周运动,就可以达成加速的目的。只要坚持不懈,终将使引擎速度接近光速。

  然而这样的加速方法效率极低,用165兆瓦功率产生的力,仅仅跟我们敲键盘的力道差不多。更尴尬的是,这种引擎需要在完全没有摩擦力的环境下运行,稍有一点摩擦力,就足以将微弱的推力抵消,但所有惯性系统都不可能得到完全无摩擦的工作环境。

  人类对光速飞行的追求由来已久。1953年,奥地利科学家尤金·桑格尔就提出了光子火箭的设想。

  根据齐奥尔科夫斯基公式,火箭速度与发动机喷流速度成正比。那么,如果能让喷流速度达到光速,火箭不就能以光速飞行了吗?

  但直到今天,光子火箭仍处于探索阶段。除了制造大量反质子所消耗的能量、用于保障光子源获得足够光压的高温等问题无法解决,其物理原理也遭遇了瓶颈。杨宇光说,齐奥尔科夫斯基公式本是一个自然对数形式,但当喷流速度接近光速时,则变成双曲正切函数形式。简单说,即使喷流速度能达到光速,火箭的加速效率还是很低,要加速到光速极其困难。

  还有人提出过更天马行空的设想,例如通过曲率驱动引擎,令前方空间收缩而后方空间膨胀,使飞船速度打破光速限制。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩对此评价:“科幻。”

  近年来,有些科学家发现曲率引擎似乎没有想象中那么难,开始尝试将科幻变为现实。但杨宇光表示,曲率引擎的原理是对空间进行折叠,需要的能量达到了黑洞量级。“人类产生文明以来,收集到的所有能量,都不足以支持一艘飞船产生改变空间的能力,而且是差很多个数量级。”他说,“在目前看来,这一设想在工程上不可能实现。”

  五花八门的高速飞行方案仍在探索中

  既然光速旅行的梦想遥不可及,有些科学家便退而求其次,希望找到更具操作性的高速飞行方式。例如2017年,斯蒂芬·霍金提出了基于激光推进原理的“突破摄星”计划。

  该计划以距离地球4.2光年的比邻星为目标。霍金提出,希望研制1000个几厘米大小、功能完备的探测器,在地球上建立激光器列阵,用超强光束让它们加速到光速的五分之一,这样可以在20年后到达比邻星并传回相关信息。

  这项计划也不被看好。行星科学专家、中科院国家天文台研究员郑永春曾向科技日报记者表示,激光推进需要在地面建设强大激光源,不断跟踪、照射飞行器,但这么遥远的距离,怎样保证激光源能一直瞄准这么小的飞行器?另外,光的能量与距离的平方成反比,随着飞行器离地球越来越远,激光所能提供的动能也会迅速衰减。这都是难题。

(原标题:想实现光速旅行,这些方法都没戏)
责任编辑:重庆新闻
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