假設飛船能以光速行駛,按什麼能計算出提供飛船能源的數量?

merry離


如果是常規手段驅動飛船,抱歉,你根本無法實現飛船以光速行駛,這就是一個偽命題了。



但是,基於宇宙膨脹可以超過光速的觀點,我們可以製造一搜“曲速引擎”的宇宙飛船,這個在科幻電影中也經常出現。其原理大致就是:飛船前端壓縮空間,而後端則伸縮空間,這樣,飛船就可以以超過光速的速度就行航行,而且還不受時間膨脹效應影響。也就是說,你的時間和地球上的時間,幾乎沒啥差別。



可能你以為這是科幻電影裡面幻想出來的橋段,其實不然。這個理論首先由20世紀50年代的德國物理學家海姆開始提出:“曲速航行”就是利用時空扭曲和時空跳躍實現超光速飛行。但當時並不受科學家們支持,轉折點是2005年德國薩爾茨吉特應用科學大學的物理學家豪澤與同事德勒舍爾以海姆理論為基礎,撰寫了一篇探討“超時空發動機”製作的可行性的論文。意想不到的是竟然被美國航空航天學會授予2005年度“核能和未來航空”項目大獎。這引起了科學家們的極大震驚,證明了曲速引擎,超光速理論並不是真的紙上談兵。而且,他們計劃使用高能磁場進行空間的拉伸和壓縮。



不過,想要實現空間的壓縮和拉伸,所需的磁場能量無疑是巨大的。至於多大,沒人能夠計算的出來。或許每一次壓縮和拉伸,都需要全球斷一次電才行。

不過,我覺得如果特斯拉在世的時候,肯定對這個十分感興趣,因為他老人家就是喜歡玩電,還特喜歡玩高能磁場隔空傳物的把戲,不是說美國神秘的“費城實驗”就是利用特斯拉的高能磁場理論,活生生的把一艘艦船給瞬間移走了嘛(這個純屬虛構,娛樂一下)。



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PhD肖


根據相對論,時間流逝速率與參照系的選擇有關。如果要計算飛船消耗多少能量,這個時間肯定要按照飛船上的時間來計算,因為飛船上的時間過多久,飛船的燃料就會消耗同樣的時間,而其他參照系對飛船的時間感知與此無關。

另一方面,飛船不能以光速運動,但能夠以亞光速運動,由此將會產生巨大的時間膨脹效應。例如,地球上的一艘飛船以光速的99.9999987%飛到17光年外的牛郎星。當飛船抵達牛郎星時,地球上將會過去大約17年的時間,而飛船上所經歷的時間只有1天。所以飛船的燃料消耗持續時間很短,那麼,這是否意味著飛船所需的燃料很少呢?

其實不然,飛船在被加速到亞光速時,需要消耗巨大的能量。這是因為隨著速度的增加,運動質量會隨之增加,從而導致動能急劇增加,此時,我們不能用經典物理學中的動能公式Ek=1/2mv^2來計算,而是要用到相對論:

可以看到,如果宇宙飛船的靜止質量為100噸,那麼,把它加速到光速的99.9999987%,需要消耗的能量為5.6×10^25焦耳,這個能量足夠全人類使用28萬年(按照目前的水平來計算)。如果速度更接近光速,雖然飛行時間越短,但所需消耗的能量反而會越多,而不是越少。


火星一號


在地球參照系看來,按照相對論,要把飛船加速到光速,所需的能量為無窮大,但在飛船自己看來,它沒有運動,不需要能量來給它加速。

那麼問題來了,我們究竟要不要給飛船加燃料?速度、動能的測量值與參照系有關,但要不要給飛船加燃料,卻是一個“拓撲事件”,在一個參照系中有加燃料這個動作,在另一個參照系看來,也應該有加燃料這個動作。那麼,又一個問題來了,在飛船系看來,它自己靜止不動,動能沒有變化,卻為什麼還要加燃料呢?

當我們說,要增加某一飛行器的動能,就需要給它加燃料,如果它的動能不變,則不消耗燃料,這個物理規律,是在我們所在的地球參照系,也可以說是在慣性系中總結出的,但飛船在加速時,卻是一個非慣性系,不同參照系完全有可能測量出不同的物理規律,至少,非慣性系中的物理規律應該與慣性系不同,因此,飛船這個非慣性系,測量並總結出的物理規律完全有可能是,即使飛行器沒有運動,動能恆定為零,也需要給它加燃料。

等一等,這裡似乎是說,慣性系與非慣性系的物理規律不同?但是在廣義相對論中,有一個廣義相對性原理,它說,所有參照系中,包括慣性系和非慣性系,物理規律均相同,這該如何理解?

廣義相對論中說,所有參照系中的物理規律均相同,是要把物理規律改寫為“四維彎曲時空中的張量方程”形式,如果物理規律不改寫為張量方程形式,仍用我們常用的普通語言來描述,則慣性系和非慣性系中的物理規律,仍然是不同的。


董加耕


根據狹義相對論,靜質量不為零的物體,其運動速度必低於光速。如果一個物體運動速度趨於光速,那麼它的質量將趨無窮大。因此推動它保持原加速度所需的外力,也將趨於無窮大。而這一外力所做功W=∫F(t)sdt,也必趨於無窮大。


科學人類


具體的計算忽略把,有人計算過,如果要把一艘飛船加速到光速的70%,消耗的能量大約等同這艘飛船50%的質量。也就是說,如果一艘飛船總重1萬噸,那麼5000噸必須是燃料。而且這5000噸燃料還必須按照愛因斯坦相對論的理論完全轉化成純能量。(目前核彈的轉化率只有2%-3%,而且理論上,就和絕對零度一樣,越到後期,越難以提高轉化比率)。


水天一色20079409


首先無法達到光速,就按無限接近光速來說。

在你自己看來只是過了一瞬間,飛船也是隻過了一瞬間,當然只是耗費了那一瞬間的能量。

在外人看來,飛船和你都飛了幾百年,但是你別忘了,在外人看來,你和飛船以及飛船的發動機都是無限趨於靜止的,靜止的,止的,的,勺。這是重點,一個趨於靜止的發動機一點也不耗能量啊。

這樣不就統一起來了嗎?一個正常狀態的發動機發動了一瞬間和一個趨於靜止狀態的發動機靜止了一百年,耗能完全相等!



阿光帶你看秘密


之前有說過超光速的問題,這個問題本身就有問題!現有科學發現的最快速度就是光速,可是如果要超越這個,除非人類可以發現比光速更快的東西,要知道發現超光速的東西都這麼難!何況還需要讓這個超光速的東西推動某些物體前進!這個估計比登天還難!就比如說拿一面鏡子,讓手電筒照鏡子,手電筒會有可能因光照而產生足以使電筒以光速遠離鏡子的動力嗎?退一步的說,即使可以,但是距離是不是越長所使用的光能量需要越大?所以超光速本身就是有問題的!除非你能找到超光速的東西,並且可以作為動力使用!顯然現階段的科學是不可能的,如果大膽設想的話,或許宇宙中有其他高級生物,但是技術也沒有到能使用超光速或者蟲洞之類的高度!要不然,早就來地球上旅遊了!


追風逐日085


光速航行用牛頓第三定律加上相對論是肯定實現不了的,目前來看牛頓三大定律顯然是有缺陷的,嚴格意義上說是錯的,相對論亦是如此。人們還遠沒有掌握我們所在的世界的基本原理。你要實在想知道按照公式自己就能算出來,但結果並沒有什麼意義。


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