有质量的物体无法达到光速?曲率驱动飞船除外,什么是曲率驱动?

人类生于地球之上,却并不甘于蜗居在此,成为一个星际物种,去探索遥远的星辰大海是全人类的梦想,然而要飞越星辰大海,存在一个最关键的问题就是速度。

虽然现阶段人类已经可以离开地球去探索太阳系内的其它星球,但这基本已经是现有航天技术的天花板,因为我们将航天器送入太空依靠的仍然是化学动力火箭。化学动力火箭的点火升空过程看似极其壮观,但实际上却效率极低,以土星五号运载火箭为例,其起飞重量超过了3000吨,但在近地轨道的有效载荷仅为118吨。这是因为化学燃料转化为动力的效率极低,为了能够让火箭在短时间内达到第一宇宙速度,必须要携带大量的燃料,而大量的燃料会致使火箭总重增加,于是要推动火箭达到第一宇宙速度就需要更大的推力,这就是化学动力火箭的尴尬之处,所以依靠化学动力实现远距离的星际航行是绝无可能的。

%title插图%num

化学动力不行,未来的星际航行要依靠什么来驱动呢?在茫茫宇宙之中,星体之间的距离是以光年来计算的,所以要飞越星辰大海,就必须要以光速飞行作为终极目标,然而具有静止质量的物体又是无法达到光速的。

要让一个拥有静止质量的物体运动起来,就必须要为其输入能量,需要输入的能量与物体的质量是成正比关系的。而随着物体运动速度的增加,会产生一个惯性质量,惯性质量与引力质量是等效的。物体的运动速度越快,其惯性质量就越大,继续加速所需要输入的能量也就越大,根据质能方程可知,当物体的运动速度达到光速,其惯性质量就会增至无穷大,而要让质量无穷大的物体加速到光速,就必须为其输入无穷大的能量。

%title插图%num

宇宙是有限的,宇宙中的能量也是有限的,所以在宇宙中没有无穷大的能量,自然也就不可能将物体加速到光速。

如此看来,不仅化学动力不行,似乎任何驱动方式都无法帮助我们飞越星辰大海,难不成我们只能被困在太阳系之中吗?也不尽然。

常规的方法的确无法让物体达到光速,但曲率驱动除外。曲率驱动引擎不仅可以让飞船以光速飞行,甚至可以超越光速,而且可以超越数倍光速,且又不与光速最快原理相悖,那么到底什么是曲率驱动呢?最早在现实生活中提出曲率驱动概念的是墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利。在我们的常识中,引擎这个词就代表着“发动机”,但曲率驱动引擎却和发动机没有一点关系。

%title插图%num

曲率驱动引擎实际上是一种能够改变空间结构的机器。

试想一下,当一个物体前方的空间曲率极大,呈现“凹”状弯曲,而物体后方的空间呈现极大的“凸”状弯曲,那么这个物体很自然地便会以极高的速度向前方移动。再者,空间与时间是不可分割的一个整体,二者并称时空,空间的高度弯曲就是时间的高度弯曲,所以物体的时间流逝速度会变得极慢,相对于弯曲时空外的区域而言,这个物体就可以达到甚至超越光速。

这只是单纯的想象吗?当然不,在现实世界中存在着大量类似的情况。广义相对论认为引力的本质就是时空的弯曲,物体的质量越大,引力就越大,周围时空弯曲的程度也就越大,所以位于地球引力范围之内的物体就会快速向地球移动,这就是空间弯曲的现实呈现。

%title插图%num

离地球越近,时空曲率就越大,所以地球表面和近地轨道的时间流逝速度就有了明显区别,所以在地球轨道运行的导航卫星就必须要实时进行时间效准,否则导航位置就会出现每24小时14米的误差,这就是时间弯曲的现实呈现。

曲率驱动引擎的原理就是如此,通过改变飞船前后的时空结构,来使飞船高速向前移动,由于飞船的超光速移动是通过时空弯曲实现的,所以这与光速最快原理并不相悖。那么真的有能够改变时空结构的机器吗?虽然我们现在还做不到,但在理论上是可行的,而难点还是在于能量。以现阶段人类对于空间结构的认知,要想改变一个物体前后的空间曲率,所需要的能量是极其庞大的,如果换算成太阳,可能成百上千个太阳都不够,所以曲率驱动引擎最终是否能够成真,现在还言之过早。


© 版权声明
THE END
喜欢就支持一下吧
点赞0
分享
评论 抢沙发
酷趣谈的头像 - 酷趣谈

昵称

取消
昵称表情代码图片