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星际旅行 啥时候才能实现?越看越失望

admin
2020/06/30 19:36:59

几代人以来,我们只能遥望远方,猜测那里是否有行星,是否有适合我们所知生命繁衍生息的条件。经过25年的努力之后,我们已经发现了几千颗行星,其中一部分可能就是和地球类似的、适合生命生存的世界。但我们究竟是否可以亲身前往?

前往遥远世界必须依赖星际旅行。就理论上而言,这无疑是可行的。但这种旅行无疑又是受限的。

离子发动机

1981年,一台航天飞机主发动机正在进行测试

常规技术

使用当今的技术,从理论上而言,是可以前往另一颗恒星的,但我们需要建造一艘庞大的飞船,容纳一个小型社会。宇航员需要在飞船上繁衍生息,经历几代人的时间后,方可抵达目的地。

我们的速度只能达到每秒几十公里,最多是每秒几百公里,因此在整个旅程中,我们只能在飞船上进行食物生产和水循环。

我们也可以采用冷冻复苏技术,在旅途中,把宇航员、植物和其它生物冷冻起来,使其进入休眠状态,等到达目的地后再唤醒。

1965年,电视剧《迷失太空》中描绘的冷冻技术

我们其实不必担心和星际天体遭遇,不必担心和小行星或行星相撞,因为这些天体在太空中分布的密度相当低。这样的旅程至少要花去几十万年时间,才能抵达离我们最近的恒星。

因此这样的旅行是有去无回的。

家用核聚变反应堆(想像图),是通往100%效率完美引擎之路上的关键一步

基于已知物理学的未来技术

所以我们如果能够提升我们的技术,就有希望做得更好。

燃料的改进:当前的化学燃料效率非常低,我们只把它质量的0.001%转化成了推力。我们可以使用核燃料(效率大约是1%),也可以使用反物质燃料。后者的效率高达100%。

推进术的改进:假如能够在飞船上装载大量正-反物质燃料,我们就能在旅途中持续加速。人类能够承受的推力和地球引力相似,因此我们可以把飞船指向目的地,然后设定9.8米/秒^2的加速度,等飞到一半后,再调转方向,反推减速。

旅行时间的缩短:这样的加速能够让飞行速度在几年后接近光速,因此我们只需花去20-40年的船上时间,便能到达许多恒星。

这非常不错,因为我们不需要建造一艘供几代人生活的飞船,不过我们还得高速穿越星际介质,因此我们还需要一个足够强大的磁场,以及一张星云地图来保证安全。

如果我们同时还精通冷冻术,我们甚至无须携带太多物资,只要到达目的地后对种子和受精卵进行种植和孵化即可。

巴萨德星际冲压发动机,能够用激光电离星际气体氢,把它当作推进剂

不利的一面是,这样的旅行对于飞船上的人来说,由于狭义相对论的时间膨胀效应,只需几十年。前往一颗几百或几千光年外的恒星,在地球上就要经历几百或几千年的等待时间。宇航员只能和地球上的后代进行通讯。

这样的单程旅行对于留在地球上的人们来说,既没有办法了解宇航员到了哪里,也没有机会获得来自远方的信息。

波姆力学中的双缝轨迹。这一原理也许能够让通过虫洞进行亚空间通信成为可能

推测性技术

瞬间转送?曲速引擎?亚空间通信?这些都属于“梦想技术”。这些概念的基础是现代理论物理学,但在我们这个宇宙中是否可行仍是个谜。

瞬间转送术,理论上可以利用量子纠缠的特性,把任何量子体系从一处瞬间转移到另一处,因为该体系波函数的可能性在两处都是一种有限物,但这在宏观体系和大尺度距离上是否行得通仍然是未知的。

曲速引擎和瞬时通信都需要弯曲时空,和把信号或物质通过被弯曲的时空进行无损传送的能力。从原理上讲,通过广义相对论,我们有找到解决方案的可能。

但是要做到这一点,我们就不得不考虑成本和风险:

- 所需的能量是否大得惊人?比如要耗尽太阳的全部能量?

- 强大的潮汐力是否会摧毁任何试图通过弯曲的空间进行传输的物质?

- 将空间高度弯曲并恢复原样的过程,是否会摧毁周边的任何物质?

- 将时空中不同的两个点连接起来究竟是否有可能?

史瓦西虫洞的精确数学图示

在当前,最切实际的方法还是买一张单程票,而不是等待也许永远不可能实现的技术到来。我们应该睁大眼睛,也许某种今天看来难以理解的进展,在未来就能实现我们的星际旅行之梦。

保持严谨的态度,用质疑面对夸夸其谈,但同时也要准备接纳一切可能。我们伟大的宇宙大航海时代必将到来。