爱读书 探索 光速旅行的几种方案,其中之一是近光速唯一理论方案

光速旅行的几种方案,其中之一是近光速唯一理论方案

对于浩瀚的宇宙,人类实在是太渺小了,也没有足够的认知去了解宇宙,自爱因斯坦提出质能方程以来,我们知道,人类所能达到的最大速度为光速,但是这在人类的理论中似乎不可以实现,那么近光速旅行可以吗?目前容易想到的就以下几种:

核聚变动力飞船

也就是利用微型原子弹爆炸的装置产生的能量作为动力,这艘飞船在设想中很大,总重量超过五万吨,火箭高达230米,70层楼高,最宽直径达130米,比两个足球场还大,就连美国曾今制造的“土星五号”都在它面前不值一提。而火箭需要携带3万吨氦和2万吨氘作为核聚变燃料,但这远远不够,仅仅只能飞往6光年之外的巴纳德星。核聚变最多能把7/1000的质量转化为能量,飞船最终可以达到的极限速度是每秒3.7万公里,用这个人速度飞往近邻巴纳德星需要五十多年时间。

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反物质动力飞船

反物质和物质相遇会湮灭,质量全部转化为能量,其效率是燃烧石油的上百亿倍,是核聚变反应的一百多倍,湮灭产生的能量中只有60%可以用作飞船的动力,这将是效率最高的飞船,只需几克反物质燃料即可把一个不太大的探测器在40年内送到南门二。困难在于取得反物质材料,因为并没有天然存在的反物质可供开采,只能把湮灭过程反过来,使用粒子加速器制造反物质,这过程需要消耗极大量的能量。

现在全世界每年制造出来的反物质仅有1/100亿克,还不够加热一杯咖啡,全世界大型粒子对撞机开动1000年才能制造出1微克反物质。而据测算,一艘重量为100吨的宇宙飞船,速度要想达到光速的40%,需携带的反物质相当于80艘超级油轮的装载量。而且,反物质只要和物质相遇就要湮灭,如何保存大量反物质也是极难克服的困难。

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激光帆飞船

利用激光束推动太空帆也是设想的方案之一。它需要在太空或者月球上建立一个太阳能激光阵列,通过一个直径达上千公里的透镜,把激光束聚焦到一片远程太空帆上,太空帆的直径达上百公里,宇宙飞船就附着在这个太空帆上。如果用这种方式飞向南门二,激光阵列需要产生的激光束功率高达7.2万亿瓦(大约是2014年中国全国平均用电功率的10倍)。

在旅程的前一半,激光的光压推动太空帆和宇宙飞船向前加速,持续不断地加速40年,飞船的速度可以达到光速的1/5—每秒6万公里。旅程的后一半飞船开始减速,减速的办法是,将位于激光帆中央的宇宙飞船与帆脱离,并甩向帆的后方,把激光帆变成一个反射镜,它把激光束反向聚焦在飞船上,这时候激光束变成了阻力,飞船就慢慢减速,同时它与帆越来越远,到达目标星时飞船的速度可以降低到环绕飞行。

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以上几个方案难度极大,而且只能把飞船加速到光速的1/5,与光速飞行相去甚远。把飞船提高到极其接近光速还面临另外一个巨大障碍:物体越接近光速,它的质量会变得越大;如果飞船的时间流逝变慢到万分之一,质量也将增加到1万倍。将飞船加速到极其接近光速,以实现时间的大幅度变慢,需要的能量如此之大,以至于用人类的手段根本不可能实现

黑洞

理论上达到近光速的唯一可能方案,这个方案需要借助引力弹弓来为飞船加速,不过能够将飞船加速到近光速,绝不是普通恒星所能胜任,他需要一对特殊的黑洞:第一,它们的环绕轨道必须是椭圆,第二,黑洞必须足够大。

假如有这样一对黑洞,人类可以驾驶飞船接近双黑中的一个,比如B黑洞,环绕其旋转,时机合适时借助B黑洞的引力弹弓效应弹向A黑洞,这样飞船的速度就提升了一次。然后在适当的时机,飞船跳回黑洞B,再重复上述过程。飞船在两个黑洞之间跃来跃去,飞船就能加速得越来越快。

只要双黑洞的轨道足够椭圆,飞船速度就可以无限接近光速;只要黑洞足够大,无限接近光速的飞船依然可以围绕黑洞运行,进而把这一过程继续下去,只是飞船环绕黑洞时需要无限接近黑洞视界。 这样,飞船只需要少量燃料去控制在每个黑洞上方的飞行,就可以不断提升速度。一旦达到了理想的近光速,就可以发动火箭离开黑洞,飞向宇宙深处的目标星系。

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方案无疑是可能的,但是这样的双黑洞存在吗?可能性基本为零,而且,就算有,又怎么飞过去,即使飞过去,它又怎么减速呢?等等这样的问题很多,难道人类只能被囚禁在太阳系了吗?

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