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空间跳跃靠谱儿吗？

junzihaose2012

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高中生

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TA的每日心情

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[LV.10]以壇為家III

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發消息

發表於 2020-2-4 00:08:32

只要能超越光速，时间将倒流，人们就能够回到从前。这是电影《无极》中的理论。
　　那么，光速能够被超越吗？爱因斯坦认为，不能！但在20世纪50年代，一位德国科学家海姆给出了肯定的回答。
　　半个多世纪过去了，以海姆理论为基础的实验论文突然被美国航空航天学会授予年度大奖，与此同时美国空军对能够超越光速的“超时空引擎”表现出极大兴趣。
　　还记得电影《星际旅行》中的“企业号”吗？还记得《星球大战》中的“千年隼号”吗？这些超光速宇宙飞船能够自由地穿梭在星际之间，瞬间跃入异度空间。电影是虚幻的，但现实中的科学实验其实一直在秘密进行。美国航空航天局（NASA）一直在人造卫星上试验这些科幻宇宙飞船所使用的离子引擎，并取得了初步成功。
　　“曲速”、“六维时空”、“反引力”、“子空间”、“时空跳跃”……这些究竟是伪科学还是未经证实的伟（大的）科学？神秘的“Z机器”将带给世人答案！
离子引擎在空间中
　　“时空之舟”企业号
　　“企业号”是美国著名科幻电影《星际争霸战》（又译《星舰迷航记》或《星际旅行》，Star Trek）中的一艘超光速飞船。“企业号”是在太空中组合建造的，有一个飞碟状的主舰身、一个雪茄形副舰身和两部曲速引擎。巨型碟形主舰身有11层甲板，是船员生活与工作的地方。“企业号”装备了两部“曲速”引擎，以正反物质反应为动力，能超越光速，航行范围除了物理上的距离之外，还有其他层次的距离。据电影描绘，“企业号”船员曾多次在时光中旅行，回到过去不同时期执行任务，也曾到达另一个与我们平行的宇宙中，与另一个自我接触
　　跳跃，进入超宇宙，这是最新一期的知名科技杂志《新科学家》的封面大标题。据《新科学家》报道，美国航空航天学会（AIAA）在其年会上，每年都会给各种优秀论文颁奖，获得2005年度“核能和未来航空”项目大奖的论文，描述了一种异想天开的的“超时空引擎”，这种引擎将使飞船以极快的速度飞行，从而进入另一个空间。安装了这种引擎的飞船，速度快到可以在几分钟内从地球飞抵月球。若进展顺利，5年后便能建造测试模型飞船。
　　5年内制造超时空引擎
　　问题是：“超时空引擎”这一概念是建立在未被证实的物理学理论上的。这种论文获奖，在学术上看来是否不够严肃呢？但美国航空航天学会可不这样认为，而且美国军方也开始关注这种“超时空引擎”的概念。此外，美国能源部圣迪亚国家实验室还声称，他们拥有的“Z机器”可制造推动引擎所需要的巨大磁场，因此将有兴趣进行验证。
　　德国萨尔茨吉特应用科学大学的物理学家豪泽与同事德勒舍尔共同撰写了这篇颇具争议的论文，探究“超时空引擎”制作的可行性，豪泽强调，这个课题与普遍物理学观点不尽相符。不过，美国空军对有关构思极感兴趣，豪泽本周与美国空军代表见面，他强调计划还处于相当初步阶段，若证明理论可行，5年后便可建造测试模型。
　　以50倍光速遨游宇宙
　　但是“超时空飞船”真的能离开地面吗？德国一位不怎么知名的物理学家（有人干脆认为他是科幻小说家）海姆早在上个世纪50年代就开始探索“超时空动力”的概念，当时他致力于弥合物理学界的一大鸿沟：牛顿力学和爱因斯坦相对论。海姆提出，强力磁场可制造引力场，以高速推动宇宙飞船。如果磁场够强大，宇宙飞船就可以进入一个比我们所在的时空更高的空间，以超高速行走。当磁场一消失，宇宙飞船就会重返现在的时空。在这方法下，宇宙飞船能以50倍光速的高速运行，只需5小时便可往返火星，到11光年以外的星体也只需80天。从四维宇宙到六维宇宙
　　海姆用“二度次空间”学说补充爱因斯坦四维时空说，因此，宇宙就变成了六维时空。在海姆看来，万有引力和电磁力可以互相转化，因此旋转磁场将削弱地球引力，从而使得飞船能够离开地面。
　　当海姆于1957年公开发表自己的理论时，也曾轰动一时。但是海姆不久就从公众视线中消失了，因为他听从投资人路德维希的建议，深入拓展了自己的理论，结果开始研究起宇宙的基本构成来。而海姆又坚持不学英语，因为他拒绝把研究介绍到国外。他1977年发表在德国学术杂志上的论文，也由于太过深奥，以致没人能看懂。海姆后半生就这样一直纠缠于新理论中的一些细枝末节。
　　空想还是科学期待验证
　　而这种所谓的“六维宇宙”或“反引力”学说，很多物理学家都表示没听说过或难以接受。但美国航空航天学会近日颁发的这个论文奖在物理学界引起了不小的震动，这一举动等于认可了海姆的部分学说。
　　多数学者认为，在目前的物质技术条件下，很难制造出那么巨大的磁场。但圣迪亚国家实验室的太空动力研究员罗格·雷纳德声称，他们目前拥有的一部X光发生器———Z机器———可以提供实验所需要的磁场。他说：“即使实验证明结论是错误的，在我看来，这也是个成功的实验。”
　　在2003年，也就是海姆去世后两年，他的部分量子物理学说被计算机模拟实验所证实。
　　企业号的各项重要装备
　　●曲速引擎———企业号的动力来自两部“曲速”引擎，其问世使人类超越了光速限制，而得以自由航行于星球之间。正如人类曾以马赫数衡量音速以上的速度一样，23世纪的人们以“曲速”等级来划分光速以上的速度。第一级曲速就是光速，之后每加一级，速度就增加一位。企业号最高可达十二级曲速，在十级曲速以上，时光会倒流。
　　●传送系统———企业号形体庞大不能登陆，只能在星球轨道上运行，所以其人员经常利用传送系统在企业号与地面之间往来。企业号的质能传送系统可将人员送至19500哩以内的地方。传送系统虽然便利，但也有其危险性。如果在传输过程中，或是在分解以及组合过程中发生问题，其结果将惨不忍睹。
　　●力场防护罩———23世纪太空战舰的必要配备，由密布舰身的发射器在舰四周形成一道由力场构成的防护墙，可抵御敌人的攻击。但开启力场防护罩会消耗不少能量，不能一直使用。
美国能源部圣迪亚国家实验室拥有这部神秘的“Z机器”，据说它是目前世界上惟一一部可制造验证“超时空引擎”所需的巨大磁场的机器。
强磁场造成时空扭曲，“企业号”才可进行“曲速”飞行。
　　由速航行原理
　　爱因斯坦提到所谓的“四维空间”模型。我们所身处的三维宇宙空间也会向第四维（时间轴）弯曲，就好像二维空间的平面向三维空间弯曲，而形成一个球形。
　　把我们所身处的宇宙想象成这样的一颗球，只不过是向时间轴弯曲而不是向Z轴弯曲。我们所处的空间即是球体的最表面，而从表面往球中心点算进去，就是所谓的子空间。事实上，除了利用子空间场外，一些高密度的星体周围的重力场也会将星体压向宇宙中心点（宇宙模型球体中心）。
　　如图，假设从a点到b点距离为1800万公里，飞船的飞行速度为10万公里/秒，那么所用时间就为1800/10=180（秒）。
　　假设从A点到B点距离为9000万公里，那么飞船从A点到B点的速度就是9000/180=50（万公里／秒）。
　　从结果可以看出，虽然飞船一直以未超越光速的10万公里/秒飞行，但它从A点飞到B点的速度却为50万公里/秒，已经超越了光速。
　　这就是利用时空扭曲和时空跳跃达成的超光速飞行。而进行时空跳跃则需要巨大的力场，目前的观点认为强磁场将提供这个力场。
　　“曲速”就是利用强磁场所产生的子空间力场，让光速的物理限制从真实空间移往子空间来计算。过程如图所示分为几个阶段：
　　第一阶段，飞船在A点起飞并开始加速；
　　第二阶段，飞船利用强磁场所产生的力场，向子空间跳跃，来到a点；
　　第三阶段，飞船在子空间飞行，从a点飞抵b点；
　　第四阶段，飞船取消强磁场，跳跃回正常空间，来到B点。
　　美国航空航天局（NASA）一直在研究和试验的离子引擎。据《星球大战》演绎，其中的超光速宇宙飞船配备的都是离子引擎。但NASA的研究员称，目前实验阶段的离子引擎显然和电影中的相差甚远，还不能产生巨大的推动力。
　　1964年，NASA在SERT1卫星上携带两部离子引擎进行试验，结果其中一部运作正常。
　　1998年,NASA在"深度空间1号"卫星上测试离子引擎。
　　《星球大战》中的帝国钛战机也能超越光速。
　　《星球大战》中的“千年隼号”超光速宇宙飞船。
　　名词解释
　　牛顿宇宙
　　“牛顿宇宙”是一个绝对的、精确的世界，所有物质、整个宇宙都由各种客观存在的粒子构成，不论过去、现在和未来，时间都以固定的速度流逝；因果关系就像上帝的戒律一样严格，绝无例外，未来可以完全由过去来预测。
　　爱因斯坦宇宙
　　在爱因斯坦相对论中，时间和空间都具有延展性、可变性，宇宙是四维的：三维空间加时间———巨大的质量所产生的引力能够扭曲这四个维度。地球周围的重力场就是被扭曲空间的具体体现，在这个球形场中可观测到“运动中的时钟变慢”现象。更进一步地说，按照爱因斯坦的量子物理学，次原子尺度上那种复杂的不确定性使得从过去预测未来变得不可能，确定性在这里被概率所代替。