曲率飞行可以实现吗?

杨瀚钦 18786797364


答:曲率驱动是在理论上可行的,但是在技术层次上曲率飞行尚不可实现。


爱因斯坦的广义相对论说明空间不是平坦的,如果把空间比作一张薄膜,那么这张薄膜是凹凸不平的。曲率飞行并不是常规的运动方式,它可以称为空间拖曳,它的实质上是对于空间的改造,借此漏洞打破光速不可超越的限制。例如现在被广泛接受的宇宙大爆炸速度是超光速的,也就是说空间的膨胀移动速度是可以超光速的。

那么通过“熨平”飞船后边的空间,“褶皱“飞船前边的空间,曲率飞行就可以实现了,但是这种“熨平”与“褶皱”的技术怎么实现哪?(图片来源网络侵删)

同时《三体》中出现的曲率飞行就达到了光速,但是飞船飞过的空间就是一次性的。这种飞行方式的动力是借助空间的性质进行驱动,并不是常规的施加能量提高速度,这种方式永远达不到光速(没办法,爱因斯坦不允许)。

曲率驱动希望有一天这种出现在科幻作品中的方式,会照进我们的现实。无论是太阳的寿命到了还是仙女座来了,我们都可以愉快的跑了。


以上是我的简单回答,欢迎关注点评,祝好。


科学黑洞


人类要想进行宇宙间星际航行的话,理论上有三种方式,一种是常规的宇宙旅行,就是靠发动机来推动飞船,随着发动机的进步,人类星际旅行的速度会越来越快,但是根据广义相对论来看,这种方式之下的航行,永远不可能超过光速,因为凡是有静止质量的物体,达到光速的话将需要无限多的能量,所以这样看来将来的星际航行要超越光速简直是不可能的!然而科学家们还提出了另外两种星际航行的方式,一种是虫洞穿越,另一种就是曲速飞行了。



虫洞穿越和曲速飞行,理论上都是可以超越光速的航行方法,不过这两种方式其实都不不是在速度上下功夫了,而是跳出了追求速度的范畴,从而在时间和空间上打主意了,就是说虫洞穿越和曲速飞行玩儿的已不是速度,而是时空。

虫洞又叫爱因斯坦-罗森桥,它是相对论中预言的一种天体或者说现象,通常会出现的黑洞附近,对它的穿越比较好理解,就是因为虫洞弯曲某一部分时空,导致不同地点的距离变近了,就好像一张纸上的这边到那一边,本来需要走过一条边的距离,但是如果把纸对折起来的话,几乎一下子就到了,所以虫洞是一种捷径。



但是虫洞又有一种限制,就是它出现的地点不容易设定,所以利用虫洞穿越的话就只能穿越到它们本来存在的地方,星际航行很难利用它,而且人类至今也没有发现虫洞的存在,理论上如果它存在的话也是非常细小和短暂的,根本不允许宇宙飞船这样大的物体穿过,所以利用虫洞穿越是很不现实的。

如果说虫洞是一种宇宙时空现象,那么曲速飞行就是一种人造时空现象了,它是要在宇宙飞船前进的时候将飞船前面的时空进行压缩,同时将飞船后面的时空进行扩张,这样如果宇宙飞船的速度极快的话,理论上飞船将可以超过光速。



不过虽然理论上如此,然而要想压缩和扩张时空,几乎需要无限多的能量,虽然《星际迷航》等很多科幻电影中有曲速飞行的假设,但目前我们人类对实现这样的星际航行还是不可想象的。


人类的方向


利用所谓的“时空弯曲”实现“曲率飞行”,只能是科幻者的神逻辑的天方夜谭,而绝不可能在物理逻辑中实现。

以下我来厘清一下相关概念,做一些深度解读,但愿对一些走火入魔者有所警示。

一,曲率的大致意思。

曲率(k),是单位弧长(s)转过的角度(θ):k=Δθ/Δs。曲率半径或圆半径(r),是曲率的倒数:r=1/k。因为:k=Δθ/Δs=Δθ/rΔθ=1/r。

凸起的曲率是正的,意味着能量递增。凹陷的曲率是负的,意味着能量递减。拐点的曲率是零,意味着短暂的平坦。

二,惯性定律的深度解读。

惯性定律,是一个宇宙大法则:任何物系的运动,保持匀速直线运动或相对静止。物系匀直运动意味着它最终的动态平衡,维持运动的能量不多不少,没有剩余的可被利用。

在黎曼几何中,匀直运动就是测地线循环,是最小曲率的匀速圆周运动。因此,惯性定律的匀直运动要改成“匀圆运动”。

所有的自然物系,都在匀圆运动,它们是自然的最经济的永动机,其驱动力只够自身运动,没有多余的可被投机取巧。

▲为什么边缘带的电子云密度越发稀疏呢?

三,熵增加原理的深度解读。

熵,表示物系运动的混乱程度或无序度。熵增加原理,即ΔS≥0。意思是:物系运动总是不断衰减降频,不断趋向最终的惯性、动态平衡、匀直运动、匀圆运动。因此,熵增加原理是惯性定律的热力学表述,异曲同工。

例如,恒星辐射的电磁波,在深太空的长期旅行中,能量不断衰减,频率不断降低。这种现象叫“熵增红移”,可颠覆宇宙大爆炸理论。

四,时空弯曲论的深度解读。

广义相对论的核心是时空弯曲论,甚嚣尘上。也许因为这个神逻辑,科幻作家刘慈欣臆造了曲率飞行。

▲时空弯曲论把爱因斯坦变成了科学大神

其实,光走曲线,只是因为承载光的空间介质在天体附近的质密梯度(▽×m)或能密梯度(▽●E)较大而已。但是,光走曲线也是一种动态平衡,其质量曲率或能密梯度,只能自给自足,不能被投机取巧。



▲让人“脑洞大开”的曲率飞行的一个设计。

这就好比:龙卷风把附近的汽车席卷进去,不是因为时空弯曲,二是空气介质的能密梯度很大而已。

综上:曲率飞行的幻谬,责任不在刘慈欣,归根结底,是爱因斯坦的广义相对论在作怪。


原道童子


看到了这个问题,得回答一下。这是我大牛忙的优良传统!

你说的曲率飞行,实际上叫曲速飞行也可以理解。我根据我想到的一些情况来给你说一下这是怎么回事吧。我用最通俗形象的话给你描述出来。

假设空间是很多平直的“一维”丝线构成,那么一块毛巾(二维平面)就是这些丝线在两个矢量(长和宽)上编织而成的,两个维度必须交叉才能织成毛巾。

如果把这块毛巾揉成一个球形,那么这些丝线又有了除长、宽两个矢量之外的第三个矢量!在数学上,我们可以用极坐标精确定位这个“毛巾球”上的任意一点坐标!因为每一个位置都有这三个矢量的信息。这就是三位空间!

排除其它的维度,假设这个毛巾球就是宇宙,人是毛巾球上的一只蚂蚁。蚂蚁想去球的另一边去旅行,似乎只能自己爬。

可是相对论告诉这只蚂蚁,球可以变形,只要你有力气,就可以压扁它!蚂蚁一下子找到了灵感,如果把球压扁,那旅行的距离就可以缩短了!曲率变化大概就是这个意思,而这个变形比例的大小,就是空间变化的曲率!

其实,咱们可以抽象一点。假设一张平铺的纸上有一只蚂蚁,它想从纸张的这头跑到那头。怎么走最快呢?答案是有一个人帮蚂蚁把这张纸对折!对折完之后,蚂蚁一抬腿就到了那头!“速度”快了n倍!

而这个对折的角度就是曲率!曲率越大,空间被弯曲的角度就越大,就越省“距离”!

怎么改变曲率呢?相对论告诉我们,大质量物体或者大速度物体,都可以弯曲周围一定维度向量(距离)上的空间!所以有人设想了曲率引擎!

这个引擎不断折叠周围的空间,按照最高分度值(比如一次折叠一万公里)来折叠空间,那么只要引擎运转,一个周期就可以“传送”一万公里的距离!很爽是吧!

理论上,只要能量足够大,无限远的地方也可以一瞬间到达。可是能量不可能无限大,因此可折叠的空间范围有限。能量消耗惊人(主要用来抵消安培力)!

假设人类造出了能折叠1米空间的引擎,那么折叠一次需要多少能量呢?可以这样计算,一米视界范围的黑洞有多少能量(质量),这个引擎就需要多少能量(质量)!所以,你也看到了,别说一米了,就是折叠一毫米空间,需要的能量也高得惊人,远高于地球能量总和!

因此,人类如果想造曲率引擎,只能尽量减少折叠的范围,通过“连续多次折叠”来达到大规模折叠的等效效果!但是这又要面临一个问题,引擎运转周期(折叠速度)如果太慢,还不如喷气引擎快!

所以,目前来看,这就是一个设想,或者是幻想!如果人类不能开发整合星系的能量的话,基本不可能让曲率引擎达到实用的目的!就说这么多吧,我是无敌大牛忙,有问题随便提问。


大牛忙


我们先看看曲率驱动是怎么回事。

曲率驱动是一种通过改变飞行器前后空间的曲率获得飞船前进动力的驱动方式。这是科幻小说和电影里面常用的梗。

它的理论来源于墨西哥物理学家明戈·阿尔库贝利在1994年提出概念。其本质就是通过空间的收缩和膨胀驱动飞船,从而“绕过”相对论对极限速度的限制(这个限制是真实存在的)。


这个就是曲率驱动装置的模型

我们通过观察到的宇宙存在了137亿年,而我们观察到的最远的天体离我们有400多亿光年的距离。这说明了:宇宙空间膨胀的速度远远大于光速。你可以简单的把膨胀的气球看成是宇宙,而星体就是气球上的小点。

这违背了相对论了吗?并没有,相对论描述的是:信息不能超过光速传播。空间本身是不携带信息的。

所以,曲率飞行在理论上是可行的。

但是,科学家通过计算,把一艘宇宙飞船加速并超过光速,弯曲和抹平空间的能量,需要集中整个太阳系的能源才能完成。


戴森球想象图,中间是恒星,周围的是包裹恒星的能量收集装置

这可能需要我们发展到第二类文明,掌握了戴森球才有可能制造这种飞行器。

综上所述,制造曲率飞行器是未来1000年内不能完成的任务。



讲科学堂


曲速飞行在理论上是可以实现的,需要使用阿库别瑞引擎,压缩飞船前方的空间,让飞船后方空间扩张,形成一个曲速泡,飞船就可以裹在泡泡中超光速行驶了,不会受到爱因斯坦相对论的限制,时间也不会膨胀变慢。

但阿库别瑞引擎也仅仅在理论上可行,现实中还没法实现。

首先,阿库别瑞引擎消耗的能量是你完全无法想象的,仅仅运送几颗原子,就需要消耗掉三个太阳的质量。

其次,阿库别瑞引擎会出现负能量密度的情况,需要奇异物质来驱动,而奇异物质目前仅在理论上存在,宇宙中还从未发现过。

第三,阿库别瑞引擎并未完全排除回到过去的时间旅行,违背了时序保护机制,宇宙可能永不准许任何人把它生产出来。

第四,宇宙中虽然物质稀疏,但装备阿库别瑞引擎的飞船既然可以超过光速的速度前进,必然会影响整个时空。就像你驾着一架飞机在森林里飞,很可能会撞上前方的树木。曲速泡也是一样,你前面的空间既然被压缩了,那些星系、恒星、行星和智慧生命又会遭受何等恶劣的待遇呢?你自己也敢保证自己绝对安然无恙?

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徐德文


答:理论上存在这种可能性,实际上实现难度极大!


曲速飞行是相对于传统推进方式的一种完全不同的驱动方式,基于爱因斯坦的广义相对论——空间是可以弯曲的。然后我们操控并弯曲的空间,并带动空间内的物体,实现等效的相对移动。

这让人想起《三体》中,程心和艾AA乘坐的星环号,使用的就是曲速驱动引擎,等效速度为光速;还有电影《星际迷航》里,曲速引擎也是一项重要的技术,等效速度远超光速。



超光速飞行的一大限制,就是爱因斯坦的相对论,狭义相对论禁止任何形式的超光速传递有效信息,自然也禁止超光速移动物质。


但是广义相对论又留了一个缺口,就是空间的膨胀速度可以超越光速,曲速飞行理论就是利用这一原理,设想了一种操控空间移动的技术。

飞船前方的空间被压缩,然后被移动到飞船后方膨胀,等效于空间把飞船推向前方,而且不对飞船产生“惯性力”。因为空间的移动不受光速限制,所以飞船的等效移动能超过光速。



曲速表示空间翘曲的度量,而不是真实的速度,所以绕过了相对论的光速限制。同时,曲速的效果也可以等效看作移动速度,从而实现等效的超光速移动。


目前技术上最大的困难,就是无法制造足够的能量能让空间弯曲,所以相应的研究,基本停留在理论当中。



对人类来说,曲速飞行或许是遥远未来的唯一出路。试想,如果大自然禁止曲速飞行的存在,那么意味着人类将永远被限制在宇宙的一个小角落里,宇宙是如此广袤,人类只能远观而不可及,这将是多么恐怖的事啊!


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艾伯史密斯


曲率飞行只是理论上有这个可能,设法让飞船后面的空间压缩,前面的空间扩张,这样后面的空间就会推动飞船前进。但是用什么力量来使空间压缩和扩张呢?这必然又要涉及一个能量问题,在《三体》中,人类动用巨大能量,才使一根头发动了那么一点点,那么又从哪里能够持续不断地获得使飞船驱动这样大的一个能量呢。飞船在飞行过程中是消耗能量的,不可能靠惯性跑完全程。初始阶段要加速,中间要变轨,最后阶段要减速,还有克服各种星体的引力,太空中充满各种游荡的小碎块尘埃,各种宇宙射线形成的压力等。所以不论什么飞行方式,首先要解决的是能源。轻便高效的能源是首要的。中间在其他星体上获得不容易,或者还不够加速减速消耗的能源。

宇宙中充满了大量的暗物质暗能量,如果在飞船飞行过程中,能够不断获取利用,那将是无穷尽的能源,不用提前携带,随用随取,多么方便。这是将来宇宙飞行中的一个思路。至于能否超过光速另外说。目前最快的飞船20公里每秒,距离光速差一万多倍呢。


多维观世界


确实有科学家提出过该理论,但从目前的科技水平,想要实现,几乎是遥不可及。


我们都知道,按照目前的手段,想让一个物体达到光速是不可能的,因为相对论已经从理论层面将其限制了。

不过相对论却没有限制空间速度(比如星系之间距离在不断变大,其原因是宇宙空间膨胀),那么我们是不是可以利用这一点去思考呢?

1994年,物理学家阿尔库贝利基于广义相对论提出了

曲率驱动的概念。将飞船前方空间压缩,后方空间膨胀,而飞船所处位置空间依旧平坦,这样飞船可以做到被空间带着走。

但遗憾的是,这一过程需要负能量来维持,综合一些其他因素,我们目前并没有办法实现这一壮举。

极速飞行的设想不止曲率飞行这一种,但是

曲率飞行从某种程度上来讲,是将来星际旅行的最低门槛,为什么呢?有两点:速度和时间。

①速度。首先常规手段的加速(反冲),我们没法达到光速,其次虫洞旅行需要的负能量则更多

②时间(宇航员的寿命)。宇宙非常之大,最近的恒星系离我们就有4.3光年,也就是光速飞行仍需4.3年,如果我们以20%的光速飞行,那仍旧需要20年,一来一回就是40年,这样的时间谁受的了呢?

况且以后还要探索更远的地方,即便是光速,宇航员的寿命也不够用。而曲率飞行则可以超越光速。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


关于你问的这一问题太麻烦了,首先以上的概念是否正确,主要是我们目前对宇宙空间的了解太少。至于以上的曲率飞行可不可以实现,其实并不是什么技术上的难题。当然飞船怎么飞,飞多少年,我不是很清楚,但是我可以确定飞船是依赖能源而产生动力驱动的,飞船再大,能源都是有限,飞行速度就更有限了。因此,能达到什么程度,飞船怎么样我一直没有操心过。那么除了飞船以外,我们当然可以有更先进的飞行器。它的先进之处在哪?现在各位只能看下面的字,因为我手机是弄不出图来,好,多谢。

首先我心中所认为的飞碟,可能与有的人所认为的飞碟是不一样的,是不依赖能源产生动力而飞行的。是纯正的原理飞行器,就是以宇宙中的星球形成原理所仿制的。因此我认为这样的飞行器才是最好,最理想的。因为不使用能源与动力,所以飞行速度是超光速以上,飞行时间也是接近无限期。飞碟的第一代是以罗旋式轨迹由内而外飞行,就是绕圈,圈越绕越大与宇宙中的星球星系运行轨道相反(这也是自然轨迹)。第二代可以人为操控,以波浪形轨迹飞行。当然我还是觉得在宇宙空间的任何区域飞行,只要脱离引力控制一切都是可行。由于时间关系,今日简短一说,等我有更多时间再作详细构造图与材料……

我的目的就是为了制造飞碟,这个飞碟虽然不是很复杂,但是它的加速器工程比较大。所以有没有希望,本人确实不能断定。

觉得我写的字不靠谱,可以发表意见。谢谢邀请!


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