曲率飛行可以實現嗎?

楊瀚欽 18786797364

人類要想進行宇宙間星際航行的話,理論上有三種方式,一種是常規的宇宙旅行,就是靠發動機來推動飛船,隨著發動機的進步,人類星際旅行的速度會越來越快,但是根據廣義相對論來看,這種方式之下的航行,永遠不可能超過光速,因為凡是有靜止質量的物體,達到光速的話將需要無限多的能量,所以這樣看來將來的星際航行要超越光速簡直是不可能的!然而科學家們還提出了另外兩種星際航行的方式,一種是蟲洞穿越,另一種就是曲速飛行了。



蟲洞穿越和曲速飛行,理論上都是可以超越光速的航行方法,如果這兩種方式其實都不應不是在速度上下功夫,而是跳出了追求速度的範疇,而在時間和空間上打主意了,就是說蟲洞穿越和曲速飛行玩兒的已不是速度,而是時空。


蟲洞又叫愛因斯坦-羅森橋,它是相對論中預言的一種天體或者說現象,通常會出現的黑洞附近,對它的穿越比較好理解,就是因為蟲洞彎曲某一部分時空,導致不同地點的距離變近了,就好像一張紙上的這邊到那一邊,本來需要走過一條邊的距離,但是如果把紙對摺起來的話,幾乎一下子就到了,所以蟲洞是一種捷徑。

但是蟲洞又有一種限制,就是它出現的地點不容易設定,所以利用蟲洞穿越的話就只能穿越到它們本來存在的地方,星際航行很難利用它,而且人類至今也沒有發現蟲洞的存在,理論上如果它存在的話也是非常細小和短暫的,根本不允許宇宙飛船這樣大的物體穿過,所以利用蟲洞穿越是很不現實的。

如果說蟲洞是一種宇宙時空現象,那麼曲速飛行就是一種人造時空現象了,它是要在宇宙飛船前進的時候將飛船前面的時空進行壓縮,同時將飛船後面的時空進行擴張,這樣如果宇宙飛船的速度極快的話,理論上飛船將可以超過光速。

不過雖然理論上如此,然而要想壓縮和擴張時空,幾乎需要無限多的能量,雖然《星際迷航》等很多科幻電影中有曲速飛行的假設,但目前我們人類對實現這樣的星際航行還是不可想象的。



人類的方向

曲速飛行在理論上是可以實現的,需要使用阿庫別瑞引擎,壓縮飛船前方的空間,讓飛船後方空間擴張,形成一個曲速泡,飛船就可以裹在泡泡中超光速行駛了,不會受到愛因斯坦相對論的限制,時間也不會膨脹變慢。

但阿庫別瑞引擎也僅僅在理論上可行,現實中還沒法實現。

首先,阿庫別瑞引擎消耗的能量是你完全無法想象的,僅僅運送幾顆原子,就需要消耗掉三個太陽的質量。

其次,阿庫別瑞引擎會出現負能量密度的情況,需要奇異物質來驅動,而奇異物質目前僅在理論上存在,宇宙中還從未發現過。

第三,阿庫別瑞引擎並未完全排除回到過去的時間旅行,違背了時序保護機制,宇宙可能永不准許任何人把它生產出來。

第四,宇宙中雖然物質稀疏,但裝備阿庫別瑞引擎的飛船既然可以超過光速的速度前進,必然會影響整個時空。就像你駕著一架飛機在森林裡飛,很可能會撞上前方的樹木。曲速泡也是一樣,你前面的空間既然被壓縮了,那些星系、恆星、行星和智慧生命又會遭受何等惡劣的待遇呢?你自己也敢保證自己絕對安然無恙?

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徐德文

利用所謂的“時空彎曲”實現“曲率飛行”,只能是科幻者的神邏輯的天方夜譚,而絕不可能在物理邏輯中實現。

以下我來釐清一下相關概念,做一些深度解讀,但願對一些走火入魔者有所警示。

一,曲率的大致意思。

曲率(k),是單位弧長(s)轉過的角度(θ):k=Δθ/Δs。曲率半徑或圓半徑(r),是曲率的倒數:r=1/k。因為:k=Δθ/Δs=Δθ/rΔθ=1/r。

凸起的曲率是正的,意味著能量遞增。凹陷的曲率是負的,意味著能量遞減。拐點的曲率是零,意味著短暫的平坦。

二,慣性定律的深度解讀。

慣性定律,是一個宇宙大法則:任何物系的運動,保持勻速直線運動或相對靜止。物系勻直運動意味著它最終的動態平衡,維持運動的能量不多不少,沒有剩餘的可被利用。

在黎曼幾何中,勻直運動就是測地線循環,是最小曲率的勻速圓周運動。因此,慣性定律的勻直運動要改成“勻圓運動”。

所有的自然物系,都在勻圓運動,它們是自然的最經濟的永動機,其驅動力只夠自身運動,沒有多餘的可被投機取巧。

▲為什麼邊緣帶的電子雲密度越發稀疏呢?

三,熵增加原理的深度解讀。

熵,表示物系運動的混亂程度或無序度。熵增加原理,即ΔS≥0。意思是:物系運動總是不斷衰減降頻,不斷趨向最終的慣性、動態平衡、勻直運動、勻圓運動。因此,熵增加原理是慣性定律的熱力學表述,異曲同工。

例如,恆星輻射的電磁波,在深太空的長期旅行中,能量不斷衰減,頻率不斷降低。這種現象叫“熵增紅移”,可顛覆宇宙大爆炸理論。

四,時空彎曲論的深度解讀。

廣義相對論的核心是時空彎曲論,甚囂塵上。也許因為這個神邏輯,科幻作家劉慈欣臆造了曲率飛行。

▲時空彎曲論把愛因斯坦變成了科學大神

其實,光走曲線,只是因為承載光的空間介質在天體附近的質密梯度(▽×m)或能密梯度(▽●E)較大而已。但是,光走曲線也是一種動態平衡,其質量曲率或能密梯度,只能自給自足,不能被投機取巧。



▲讓人“腦洞大開”的曲率飛行的一個設計。

這就好比:龍捲風把附近的汽車席捲進去,不是因為時空彎曲,二是空氣介質的能密梯度很大而已。

綜上:曲率飛行的幻謬,責任不在劉慈欣,歸根結底,是愛因斯坦的廣義相對論在作怪。


原道童子

確實有科學家提出過該理論,但從目前的科技水平,想要實現,幾乎是遙不可及。



我們都知道,按照目前的手段,想讓一個物體達到光速是不可能的,因為相對論已經從理論層面將其限制了。

不過相對論卻沒有限制空間速度(比如星系之間距離在不斷變大,其原因是宇宙空間膨脹),那麼我們是不是可以利用這一點去思考呢?


1994年,物理學家阿爾庫貝利基於廣義相對論提出了曲率驅動的概念。將飛船前方空間壓縮,後方空間膨脹,而飛船所處位置空間依舊平坦,這樣飛船可以做到被空間帶著走。

但遺憾的是,這一過程需要負能量來維持,綜合一些其他因素,我們目前並沒有辦法實現這一壯舉。


極速飛行的設想不止曲率飛行這一種,但是曲率飛行從某種程度上來講,是將來星際旅行的最低門檻,為什麼呢?有兩點:速度和時間。

①速度。首先常規手段的加速(反衝),我們沒法達到光速,其次蟲洞旅行需要的負能量則更多

②時間(宇航員的壽命)。宇宙非常之大,最近的恆星系離我們就有4.3光年,也就是光速飛行仍需4.3年,如果我們以20%的光速飛行,那仍舊需要20年,一來一回就是40年,這樣的時間誰受的了呢?

況且以後還要探索更遠的地方,即便是光速,宇航員的壽命也不夠用。而曲率飛行則可以超越光速。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普

答:理論上存在這種可能性,實際上實現難度極大!


曲速飛行是相對於傳統推進方式的一種完全不同的驅動方式,基於愛因斯坦的廣義相對論——空間是可以彎曲的。然後我們操控並彎曲的空間,並帶動空間內的物體,實現等效的相對移動。

這讓人想起《三體》中,程心和艾AA乘坐的星環號,使用的就是曲速驅動引擎,等效速度為光速;還有電影《星際迷航》裡,曲速引擎也是一項重要的技術,等效速度遠超光速。



超光速飛行的一大限制,就是愛因斯坦的相對論,狹義相對論禁止任何形式的超光速傳遞有效信息,自然也禁止超光速移動物質。


但是廣義相對論又留了一個缺口,就是空間的膨脹速度可以超越光速,曲速飛行理論就是利用這一原理,設想了一種操控空間移動的技術。

飛船前方的空間被壓縮,然後被移動到飛船後方膨脹,等效於空間把飛船推向前方,而且不對飛船產生“慣性力”。因為空間的移動不受光速限制,所以飛船的等效移動能超過光速。



曲速表示空間翹曲的度量,而不是真實的速度,所以繞過了相對論的光速限制。同時,曲速的效果也可以等效看作移動速度,從而實現等效的超光速移動。


目前技術上最大的困難,就是無法制造足夠的能量能讓空間彎曲,所以相應的研究,基本停留在理論當中。



對人類來說,曲速飛行或許是遙遠未來的唯一出路。試想,如果大自然禁止曲速飛行的存在,那麼意味著人類將永遠被限制在宇宙的一個小角落裡,宇宙是如此廣袤,人類只能遠觀而不可及,這將是多麼恐怖的事啊!



艾伯史密斯

看到了這個問題,得回答一下。這是我大牛忙的優良傳統!

你說的曲率飛行,實際上叫曲速飛行也可以理解。我根據我想到的一些情況來給你說一下這是怎麼回事吧。我用最通俗形象的話給你描述出來。

假設空間是很多平直的“一維”絲線構成,那麼一塊毛巾(二維平面)就是這些絲線在兩個矢量(長和寬)上編織而成的,兩個維度必須交叉才能織成毛巾。

如果把這塊毛巾揉成一個球形,那麼這些絲線又有了除長、寬兩個矢量之外的第三個矢量!在數學上,我們可以用極座標精確定位這個“毛巾球”上的任意一點座標!因為每一個位置都有這三個矢量的信息。這就是三位空間!

排除其它的維度,假設這個毛巾球就是宇宙,人是毛巾球上的一隻螞蟻。螞蟻想去球的另一邊去旅行,似乎只能自己爬。

可是相對論告訴這隻螞蟻,球可以變形,只要你有力氣,就可以壓扁它!螞蟻一下子找到了靈感,如果把球壓扁,那旅行的距離就可以縮短了!曲率變化大概就是這個意思,而這個變形比例的大小,就是空間變化的曲率!

其實,咱們可以抽象一點。假設一張平鋪的紙上有一隻螞蟻,它想從紙張的這頭跑到那頭。怎麼走最快呢?答案是有一個人幫螞蟻把這張紙對摺!對摺完之後,螞蟻一抬腿就到了那頭!“速度”快了n倍!

而這個對摺的角度就是曲率!曲率越大,空間被彎曲的角度就越大,就越省“距離”!

怎麼改變曲率呢?相對論告訴我們,大質量物體或者大速度物體,都可以彎曲周圍一定維度向量(距離)上的空間!所以有人設想了曲率引擎!

這個引擎不斷摺疊周圍的空間,按照最高分度值(比如一次摺疊一萬公里)來摺疊空間,那麼只要引擎運轉,一個週期就可以“傳送”一萬公里的距離!很爽是吧!

理論上,只要能量足夠大,無限遠的地方也可以一瞬間到達。可是能量不可能無限大,因此可摺疊的空間範圍有限。能量消耗驚人(主要用來抵消安培力)!

假設人類造出了能摺疊1米空間的引擎,那麼摺疊一次需要多少能量呢?可以這樣計算,一米視界範圍的黑洞有多少能量(質量),這個引擎就需要多少能量(質量)!所以,你也看到了,別說一米了,就是摺疊一毫米空間,需要的能量也高得驚人,遠高於地球能量總和!

因此,人類如果想造麴率引擎,只能儘量減少摺疊的範圍,通過“連續多次摺疊”來達到大規模摺疊的等效效果!但是這又要面臨一個問題,引擎運轉週期(摺疊速度)如果太慢,還不如噴氣引擎快!

所以,目前來看,這就是一個設想,或者是幻想!如果人類不能開發整合星系的能量的話,基本不可能讓曲率引擎達到實用的目的!就說這麼多吧,我是無敵大牛忙,有問題隨便提問。


大牛忙

我們先看看曲率驅動是怎麼回事。

曲率驅動是一種通過改變飛行器前後空間的曲率獲得飛船前進動力的驅動方式。這是科幻小說和電影裡面常用的梗。


這個就是曲率驅動裝置的模型

我們通過觀察到的宇宙存在了137億年,而我們觀察到的最遠的天體離我們有400多億光年的距離。這說明了:宇宙空間膨脹的速度遠遠大於光速。

你可以簡單的把膨脹的氣球看成是宇宙,而星體就是氣球上的小點。

這違背了相對論了嗎?並沒有,相對論描述的是:信息不能超過光速傳播。空間本身是不攜帶信息的。

所以,曲率飛行在理論上是可行的。

但是,科學家通過計算,把一艘宇宙飛船加速並超過光速,彎曲和抹平空間的能量,需要集中整個太陽系的能源才能完成。


戴森球想象圖,中間是恆星,周圍的是包裹恆星的能量收集裝置

這可能需要我們發展到第二類文明,掌握了戴森球才有可能製造這種飛行器。

綜上所述,製造曲率飛行器是未來1000年內不能完成的任務。



講科學堂

曲率飛行只是理論上有這個可能,設法讓飛船後面的空間壓縮,前面的空間擴張,這樣後面的空間就會推動飛船前進。但是用什麼力量來使空間壓縮和擴張呢?這必然又要涉及一個能量問題,在《三體》中,人類動用巨大能量,才使一根頭髮動了那麼一點點,那麼又從哪裡能夠持續不斷地獲得使飛船驅動這樣大的一個能量呢。飛船在飛行過程中是消耗能量的,不可能靠慣性跑完全程。初始階段要加速,中間要變軌,最後階段要減速,還有克服各種星體的引力,太空中充滿各種遊蕩的小碎塊塵埃,各種宇宙射線形成的壓力等。所以不論什麼飛行方式,首先要解決的是能源。輕便高效的能源是首要的。中間在其他星體上獲得不容易,或者還不夠加速減速消耗的能源。

宇宙中充滿了大量的暗物質暗能量,如果在飛船飛行過程中,能夠不斷獲取利用,那將是無窮盡的能源,不用提前攜帶,隨用隨取,多麼方便。這是將來宇宙飛行中的一個思路。至於能否超過光速另外說。目前最快的飛船20公里每秒,距離光速差一萬多倍呢。


多維觀世界

關於你問的這一問題太麻煩了,首先以上的概念是否正確,主要是我們目前對宇宙空間的瞭解太少。至於以上的曲率飛行可不可以實現,其實並不是什麼技術上的難題。當然飛船怎麼飛,飛多少年,我不是很清楚,但是我可以確定飛船是依賴能源而產生動力驅動的,飛船再大,能源都是有限,飛行速度就更有限了。因此,能達到什麼程度,飛船怎麼樣我一直沒有操心過。那麼除了飛船以外,我們當然可以有更先進的飛行器。它的先進之處在哪?現在各位只能看下面的字,因為我手機是弄不出圖來,好,多謝。

首先我心中所認為的飛碟,可能與有的人所認為的飛碟是不一樣的,是不依賴能源產生動力而飛行的。是純正的原理飛行器,就是以宇宙中的星球形成原理所仿製的。因此我認為這樣的飛行器才是最好,最理想的。因為不使用能源與動力,所以飛行速度是超光速以上,飛行時間也是接近無限期。飛碟的第一代是以羅旋式軌跡由內而外飛行,就是繞圈,圈越繞越大與宇宙中的星球星系運行軌道相反(這也是自然軌跡)。第二代可以人為操控,以波浪形軌跡飛行。當然我還是覺得在宇宙空間的任何區域飛行,只要脫離引力控制一切都是可行。由於時間關係,今日簡短一說,等我有更多時間再作詳細構造圖與材料……

我的目的就是為了製造飛碟,這個飛碟雖然不是很複雜,但是它的加速器工程比較大。所以有沒有希望,本人確實不能斷定。


宇宙問題看我的

物理哲學:曲率循環分為狹義曲率循環與廣義曲率循環。解釋,狹義曲率循環。從地球上原點開始一直向前行,行到終極就到原點了,地球繞著銀河系運轉也是如此,這種運行方式就叫做狹義曲率循環(狹義曲率循環作用力:核外電子循環,天體月球循環,九大行星循環,人民軍隊圍繞國體循環等等)。廣義曲率循環。從自性奇點到原子――分子――行星――恆星――銀河系――宇宙――形元(自性共性大通一),元形歸真。意思是事物從單極向終極發展就叫做整體性度量,這種度量就是廣義曲率循環,物理學是非常奧妙有趣的。


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