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2023-01-30
曲速飛行是什么曲速引擎是什么曲速引擎航行速度是多少
更新時(shí)間：2022-09-07 14:59:01作者：未知
曲速飛行是什么？人類能不能實(shí)現(xiàn)曲速飛行？曲速引擎又是什么？航向速度能達(dá)到多少？阿庫(kù)別瑞引擎是什么？一起了解一下吧！
曲速飛行是什么？
曲速飛行在理論上是可以實(shí)現(xiàn)的，需要使用阿庫(kù)別瑞引擎，壓縮飛船前方的空間，讓飛船后方空間擴(kuò)張，形成一個(gè)曲速泡，飛船就可以裹在泡泡中超光速行駛了，不會(huì)受到愛因斯坦相對(duì)論的限制，時(shí)間也不會(huì)膨脹變慢。但阿庫(kù)別瑞引擎也僅僅在理論上可行，現(xiàn)實(shí)中還沒法實(shí)現(xiàn)。
首先，阿庫(kù)別瑞引擎消耗的能量是你完全無(wú)法想象的，僅僅運(yùn)送幾顆原子，就需要消耗掉三個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量。
其次，阿庫(kù)別瑞引擎會(huì)出現(xiàn)負(fù)能量密度的情況，需要奇異物質(zhì)來(lái)驅(qū)動(dòng)，而奇異物質(zhì)目前僅在理論上存在，宇宙中還從未發(fā)現(xiàn)過(guò)。
第三，阿庫(kù)別瑞引擎并未完全排除回到過(guò)去的時(shí)間旅行，違背了時(shí)序保護(hù)機(jī)制，宇宙可能永不準(zhǔn)許任何人把它生產(chǎn)出來(lái)。
第四，宇宙中雖然物質(zhì)稀疏，但裝備阿庫(kù)別瑞引擎的飛船既然可以超過(guò)光速的速度前進(jìn)，必然會(huì)影響整個(gè)時(shí)空。就像你駕著一架飛機(jī)在森林里飛，很可能會(huì)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、恒星、行星和智慧生命又會(huì)遭受何等惡劣的待遇呢？你自己也敢保證自己絕對(duì)安然無(wú)恙？
曲速引擎是什么？
曲速引擎(英文:Warp drive)，也譯為曲率引擎。是一種超光速(faster-than-light,FTL)推進(jìn)系統(tǒng)，和跳躍引擎、超光速引擎、星際傳送器等設(shè)備都是科幻作品中相似但理論不同的常見技術(shù)。曲速引擎以在影片《星際旅行》系列電影中最為常見。
和其他科幻作品不同，曲速引擎的理論在設(shè)定上并不允許在兩點(diǎn)間進(jìn)行瞬時(shí)旅行。曲速技術(shù)設(shè)想通過(guò)在宇宙飛船周圍出了一種正常時(shí)空的人工"氣泡"，使得飛船可以安全的以快于光速的幾個(gè)數(shù)量級(jí)的速度航行，同時(shí)又回避了時(shí)間膨脹的相對(duì)論性的問(wèn)題。
運(yùn)用空間翹曲(space warp)作為引擎來(lái)推進(jìn)已成為一些物理學(xué)家所研究，例如米給爾·阿庫(kù)別瑞的阿庫(kù)別瑞引擎。目前尚未有堅(jiān)實(shí)的技術(shù)方法被提出，也不知道阿庫(kù)別瑞所提的效應(yīng)理論上要怎么引發(fā)。
曲速引擎航行速度：
曲速航行的速率通常以曲速層級(jí)(warp factor)代之。一般認(rèn)為曲速1級(jí)是真空光速(c);更高的層級(jí)下，速率呈指數(shù)增加。原始電視系列劇的數(shù)個(gè)劇集曾設(shè)定了企業(yè)號(hào)冒著危險(xiǎn)以高曲速層級(jí)航行，一度高到曲速14.6級(jí)("That Which Survives")。然而，任一曲速層級(jí)的實(shí)際速度從未在螢?zāi)簧巷@明地被陳述，以作為經(jīng)典紀(jì)錄。更甚者，各電視系列劇中航行時(shí)間與星際距離在陳述上，從未嚴(yán)格地保持一貫性(甚至是相當(dāng)松散的)。
在了解這是個(gè)問(wèn)題后，《星際迷航:下一代技術(shù)手冊(cè)》的創(chuàng)造者決定曲速10級(jí)應(yīng)作為最大值。后臺(tái)的星際奇旅術(shù)語(yǔ)建議將曲速尺標(biāo)重新調(diào)整，將舊曲速6級(jí)變?yōu)樾虑?級(jí)，而曲速10級(jí)為無(wú)限大速度而無(wú)法達(dá)到。制作人指示船只可以任意接近曲速10級(jí)，但就是無(wú)法到達(dá)剛好曲速10級(jí)。如此則貴族與旅人等生命體則能以相當(dāng)快的速度航行，又可以回避限制。
舉例而言，據(jù)估計(jì)，旅人將企業(yè)號(hào)推進(jìn)到曲速9.999996級(jí)的速度。而第四代電視系列劇《重返地球》中的劇集"Threshold"附議了這項(xiàng)設(shè)定，其中角色提到曲速10級(jí)的速度是不可能達(dá)到的，因?yàn)槟鞘菬o(wú)限大的速度--但不管如何，隨后他們卻達(dá)到了，伴隨了快速地(反向)演化成兩棲類的蠑螈的副作用。(雖然是許多影迷、制作人員，甚至該集的編劇與制作人Brannon Braga都普遍忽略的事件。)
時(shí)間展長(zhǎng)
以曲速航行的船艦不會(huì)感受到任何形式的時(shí)間展長(zhǎng);畢竟總體來(lái)說(shuō)，曲速船艦與宇宙間沒有資訊交換。若船艦是采用脈沖引擎，速度則為次光速(亞光速)，會(huì)感受到時(shí)間展長(zhǎng)，因?yàn)槊}沖引擎驅(qū)動(dòng)的船只，仍處在正常時(shí)空連續(xù)體中。也因?yàn)檫@樣，多數(shù)船只會(huì)將沖量速度限制在大約四分之一光速。
超曲速
超曲速(transwarp)被多次使用，指的是曲速引擎的高階形式，常為博格人所使用;但也是一項(xiàng)不成功的星際艦隊(duì)開發(fā)計(jì)劃的課題，出現(xiàn)在電影《石破天驚》中。如同欲進(jìn)入曲速而不會(huì)用上無(wú)限多的能量，是要在星艦的周遭產(chǎn)生曲速場(chǎng)來(lái)突破光速障(在我們的宇宙中是個(gè)理論上不可能的事件);相似地，也需要超曲速場(chǎng)來(lái)達(dá)到非常高的超光速速率(使得船艦?zāi)茉诤芏虝r(shí)間內(nèi)橫越銀河等級(jí)的距離。)
俗稱為阿庫(kù)別瑞引擎或曲速引擎的"阿庫(kù)別瑞度規(guī)"，是一項(xiàng)推敲性的時(shí)空數(shù)學(xué)模型，可以仿造出科幻中星際旅行里的作為跨星際的超光速航行的工具--曲速引擎，因此才被俗稱為"曲速引擎"，這種俗稱也出現(xiàn)在物理學(xué)的期刊論文之中。
阿庫(kù)別瑞引擎是什么？
阿庫(kù)別瑞引擎遵守廣義相對(duì)論中愛因斯坦方程，在這范疇下建立出一項(xiàng)特別的時(shí)空度規(guī)。物理學(xué)家米給爾·阿庫(kù)別瑞于1994年提出了波動(dòng)方式展延空間，導(dǎo)致航行器(簡(jiǎn)稱為"船")前方的空間收縮而后方的空間擴(kuò)張，前后所連成的軸向即為船想要航行的方向。
船在一個(gè)區(qū)間內(nèi)乘著波動(dòng)前進(jìn)，這區(qū)間稱為"曲速泡"，是一段平坦時(shí)空。既然船在泡泡內(nèi)并不真的在移動(dòng)，而是由泡泡帶著船走，廣義相對(duì)論中對(duì)于物體速度不可超過(guò)局域光速的限制就派不上用場(chǎng)。還不知道怎么引發(fā)出這樣的波動(dòng)，或是一旦引發(fā)了，船要怎么離開它。因此阿庫(kù)別瑞引擎至今仍屬于理論概念范疇。
引擎特性
對(duì)于熟悉狹義相對(duì)論中種種效應(yīng)--諸如洛倫茲收縮、相對(duì)論性質(zhì)量增加及時(shí)間展長(zhǎng)--的人來(lái)說(shuō)，阿庫(kù)別瑞度規(guī)有些獨(dú)到之處。既然處在度規(guī)中移動(dòng)體積中心的船，其相對(duì)于局域平坦空間是靜止的，則相對(duì)論性質(zhì)量增加或時(shí)間展長(zhǎng)就不會(huì)發(fā)生。太空船上的時(shí)鐘進(jìn)行的速率會(huì)和外界觀察者的時(shí)鐘一樣，而觀察者所測(cè)到的船質(zhì)量不會(huì)增加，即使這艘船在他/她看來(lái)是在做超光速航行。
此外，阿庫(kù)別瑞亦指出:即使船在加速，它仍然是航行在自由落體的短程線上。換言之，利用曲速來(lái)加速或減速的船永遠(yuǎn)處在自由落體狀態(tài)，船員也感受不到一般加速下會(huì)出現(xiàn)的G力。龐大的潮汐力會(huì)出現(xiàn)在平坦空間體積的邊緣，因?yàn)樵撎帟?huì)有很大的空間曲率，但透過(guò)合適的度規(guī)設(shè)計(jì)，這些區(qū)域可以被弄成很小，而不會(huì)影響鄰近的空域或星球。
研究發(fā)展
Chris Van Den Broeck于一篇1999年的論文試圖闡述一些可能的課題，亦發(fā)表在《經(jīng)典與量子引力》期刊。借由將引擎運(yùn)送的"曲速泡"的3+1維表面積收縮，同時(shí)擴(kuò)張所包含的內(nèi)部3維體積，Van Den Broeck能將運(yùn)輸幾顆小原子所需的總能量減少到少于3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。隨后，透過(guò)對(duì)Van Den Broeck度規(guī)稍微修改，Sergey Krasnikov可以將負(fù)能量總需求縮減到幾個(gè)毫克。
González-Díaz的工作解決了2維量子不穩(wěn)定性的問(wèn)題。在此一發(fā)表在《物理評(píng)論D》62卷(Physical Review D Vol.62)，González-Díaz提議考慮封閉類時(shí)曲線的課題。這樣的改善允許了多連通空間(multiply-connected spaces)，結(jié)束了短程線不完備性并滿足了量子不穩(wěn)定性的要求。
最新設(shè)想
2012年9月14日，美國(guó)國(guó)家航空航天局約翰遜航天中心的科學(xué)家和工程師們?cè)?quot;百年星艦"的研討會(huì)上，提出了通過(guò)"曲速引擎"實(shí)現(xiàn)恒星際宇宙航行的議題，并認(rèn)為該技術(shù)是有希望實(shí)現(xiàn)的。物理學(xué)家米給爾·阿庫(kù)別瑞設(shè)想的"曲速驅(qū)動(dòng)"方式是在一艘形狀似足球狀的宇宙飛船外形成一圈巨大的環(huán)，該環(huán)需要特殊的技術(shù)制造，其功能是使的飛船外部的時(shí)空彎曲并圍繞著飛船，形成一個(gè)曲速泡。
宇宙飛船前后空間可進(jìn)行收縮和擴(kuò)張，而飛船本身卻置于一個(gè)沒有扭曲的時(shí)空泡中，也就是說(shuō)只有曲速泡外的時(shí)空發(fā)生了扭曲，飛船所在的時(shí)空是平坦的。根據(jù)伊卡洛斯星際公司首席執(zhí)行官、物理學(xué)家、博士后研究員理查德·奧伯塞(Richard Obousy)介紹:"在宇宙空間中，光速是恒定的，一切物體運(yùn)行速度都要受到光速的限制，但曲速驅(qū)動(dòng)是一個(gè)很酷的想法，通過(guò)'編織'時(shí)空而避免了光速限制的定律。"按照這一概念打造的宇宙飛船，將能夠?qū)崿F(xiàn)10倍光速左右的宇宙航行速度，而且不破壞光速限制。
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