超光速引擎和曲速引擎，超光速发动机

时间：2023-04-18 13:27:53来源：互联网

网上有很多关于超光速引擎和曲速引擎，超光速发动机的知识，也有很多人为大家解答关于超光速引擎的问题，今天上分宝游戏网为大家整理了关于这方面的知识，让我们一起来看下吧!

本文目录一览：

超光速引擎

2025年，中国制造出了速度非常接近光速的太空飞船, 命名为“鲲鹏”号。随后国家启动了“三体”探索计划，准备发射“鲲鹏”去半人马星座。半人马星座距我们有4.2光年之遥, 是离我们最近的恒星, 中国著名科幻作家刘慈欣曾设想在其周围可能存在诡异的地外文明.

那么你猜“鲲鹏”去半人马星座要多长时间?

你可能马上给出答案: 大约四五年. 这个答案也对, 也不对. 说它对, 是因为在地球上的人看来, 的确需要这么久, 但是对飞船上的人来说, 这段旅程花去的时间可以任意短. 这是由于狭义相对论的时钟延缓效应.

对速度恒为光速的光子而言, 这段距离花费的时间为零, 因为光子走测地线, 固有时为零. 听起来不错！适当调整飞船的速度, 你可以在任意短的时间里到达半人马座！

但是别高兴太早, 在这段旅途中, 飞船其实是一架飞往未来的时间机器！等你在半人马座作了半年科学考察, 返回地球, 你发现你回到的是十年后的地球！十年了, 总统都换了两届了, 真是令人唏嘘啊！但是，你心中想到了加加林，想到了杨利伟。

别骗人，你的心中一定是这样的！

略作休息, 领导找你谈话.

首先, 他高度评价了你的工作；

然后, 你被告知: 由于你是国内唯一具有星际飞行经验的人, 因此组织上将派你执行一次更为艰巨的任务, 你将前往银河系中心去考察那里是否真的存在一个巨大的黑洞。

你说: 银河系中心?！那离地球30100光年啊！

领导说: 没错, 是很远, 你要克服困难, 不要辜负组织上对你的信任。

你将看到世界尽头的火和时空边界的奇异景象.....

你心里非常清楚, 对你而言, 这段旅程并不长, 但是当你回来, 地球已过了60000多年, 那时候还能有人类吗?毕竟人类文明的历史才不过10000多年. 当你凯旋归来(这是零阶近似情况, 在一阶近似情况下, 我们应该考虑你被外星人俘虏, 或者飞船半路掉链子的情况. ), 你已无家可归！

所以我们想说的是，当前可见宇宙有137亿光年, 而狭义相对论又指出光速是宇宙的速度极限. 这样看来, 昙花一现般的人类文明, 注定只能被禁闭在太阳系中？！

其实我们还有一条出路: 超光速飞行！对教条主义者, 既然爱因斯坦老人家的狭义相对论已经禁止了超光速, 再考虑这种情况就是民科了. 对此我们应记住费曼的话: 做物理, 一定要保持一个开放的态度.

加来道雄有本很有意思的书——《不可思议的物理》, 其中专门讨论那些异想天开, 不着边际的物理想法. 这些想法很多都来自科幻小说. 加来道雄在书中将这些不可思议的想法分为三等. 等级越高, 越难实现. 其中, 超越光速被归为第二等不可思议.

有两种方案可以实现超越光速.

第一种办法地球人都知道: 虫洞. 当你通过奇异的物质(负压强，负能量密度)将时空撕裂, 再粘结在一起, 你就有了一个虫洞. 它就像是通往异界之门, 穿越它, 你已身在百万光年之外！这种方法其实是走捷径，并不是真正超光速。

虫洞示意图打开虫洞需要“负能量”，比如Casimir能量

第二种方案就是我们现在要说的阿库别瑞引擎（Alcubierre Drive）. 1994年，墨西哥物理学家阿库别瑞受著名的科幻剧——《星际迷航》（Star Trek）的影响, 认真考虑是否存在一种曲速引擎（Warp engine）[3]（这个翻译不太好，应该译为扭曲空间引擎，『曲速』听起来很土，很不黑科技）, 他在Class.Quantum Grav.上发表文章《The warp drive: hyper-fast travel within general relativity》提出一种时空度规, 可以极端扭曲时空, 使飞行器能以任意速度飞行. 这是科幻作品反哺物理学界的著名一例！

阿尔库维耶雷引擎

下面摘自加来道雄著作——《不可思议的物理》:

阿库别瑞（ Alcubierre）承认《Star Terk》或许为他获得这个（时空）解起了一定作用. “《Star Terk》中的人们一直在谈论着曲速引擎, 一种使空间变形的概念. ”他说, “我们已经拥有了一种关于空间怎样能够或者不能够被扭曲的理论, 那就是广义相对论. 我认为应当会有一种方法能使用这些概念解释曲速引擎如何运转. ”“我的猜测是, 在飞船中的人可能会看到和《Star Terk》中十分相像的场景. 在飞船前面, 星星们变成了长长的线条. 在飞船后面, 他们什么都看不到——只有黑暗——因为星光无法移动的足够快以赶上飞船。”

曲速引擎启动后乘客看到的景象

这个黑科技引擎的厉害之处在于把飞船周围的空间进行严重扭曲。实际上飞船前方的空间被压缩, 而后面的空间被拉长, 这样似乎不是飞船在动, 而是空间在扭曲流过飞船. 就像乘坐自动扶梯的人在扶梯上走动一样，尽管人在扶梯上走的很慢，但是扶梯（空间）的速度极快。这样一来，在离飞船非常远的人看来, 飞船的速度超过光速了, 实际上这是一种表观超光速, 也就是说仅仅是看起来超越光速，而在飞船参照系，一切正常，并未超光速飞行，不违反狭义相对论。正如在宇宙暴涨时期, 两个空间区域的分离速度远远超过了光速, 但是定域速度并未超过光速.

简单地说，带有曲速引擎的飞船能把船体周围时空高度扭曲，在时空中打开一个快速通道，飞船在通道里飞行。本文后面的计算机模拟视频，就演示了从远处看飞船飞行的情形。这种场景在科幻电影里很常见，我们经常看到飞船进入超光速飞行时，周围空间变成隧道状，景物迅速退行，模糊一片。这其实就是在模拟曲速引擎启动后的飞行场景。

如果你从这个度规反过来计算爱因斯坦张量, 就能通过场方程知道相应的能动张量, 也就知道了要产生这样的时空扭曲需要什么样的物质. 简单计算表明:它是恒负, 即负能量的物质才能产生这样的时空弯曲. 此时所有的能量条件都被违反, 这和虫洞遇到的情况一样. 超光速是有代价的, 你必须找到负压强的物质. 我们已知的所有能量的形式不是这样的, 但有例外, 那就是卡什米尔（Casimir）能量。

在自家后院制造曲速引擎的步骤：

准备原材料：

①负能量奇异物质

关于这种物质我们知之甚少，它和我们已知的物质截然不同。不过不应该为此灰心丧气，因为就整个宇宙的成分而言，我们已知的物质仅仅占5%，其余的暗能量和暗物质到底是什么，我们根本不知道。尽管有种种理论猜测，但是目前还无一致的理论。或许可操作层面的奇异物质极其罕见，那么它才是科幻小说中各方力量争夺的焦点，而不是什么“能量宝石”。

②一架普通的飞船

能达到的速度越高越好。spacex的猎鹰型号算是最低配了，考虑到你是个人diy，猎鹰的性价比还是蛮高的。当然，如果不差钱，你可以研究研究所谓的“猎户座计划”，它使用在火箭尾部持续引爆小型氢弹产生推动力，可谓简单粗暴，实用有效，最适合那些钱多人那啥的主儿。技术流的火箭解决方案更优雅一些，正反物质湮灭引擎。不过反物质造价高到难以想象，就算是钱多人又聪明的钢铁侠估计也用不起。

2.通过上面的度规计算奇异物质的分布，然后把奇异物质按计算结果排布到飞船周围。

在最简单的情况下，不需要弄太复杂的排布，只需要妥善携带这种奇异物质就可以了。因为奇异物质会自动扭曲空间。而且奇异物质也不是反物质，不会与普通物质发生瞬间湮灭。但是，毕竟谁也没玩过这个奇异物质，它到底一个什么脾气咱们也不知道。所以我这么说也是没底气啊！

3.风险性评估。这个可真不是说着玩的。

第一，奇异物质是否稳定。如果不稳定，你弄好的引擎刚飞出太阳系，奇异物质不稳定衰变了，那你能再飞回来？真是不作就不会死。

第二，你得考虑扭曲空间的效应是否可控。你想曲速飞行了，按一个扭，啪！进入曲速飞行状态；到目的地了，再按一下，又关掉了，多方便不是。如果不可控，那估计也不行。但是引力效应有个坏毛病——无法屏蔽。当然，现在你有了奇异物质，你可以考虑一下，是不是适当的奇异物质+正常物质可以屏蔽引力效应。

第三，稳定性分析。你用奇异物质打开空间，那么你得考虑打开的这个空间在飞船船体这种正常物质的扰动下是不是稳定。这个技术上倒不是太难，但是很重要，也是你设计工作必须要考虑的。

非战斗人员请从这儿继续阅读：也就是说这个所谓的曲速引擎所用的燃料不是普通的物质，黑科技引擎需要黑科技燃料驱动。正如评论中有人指出的，这种引擎的燃料（准确说应是能量）能实现超光速流动，十分奇异！它同时还是负压强能量，和我们熟悉的物质能量全然不一样！但是，我们并非完全没有见过这种奇异的能量，比如鼎鼎大名的卡什米尔能量。

Casimir能量

卡什米尔能量是一种真空涨落的量子效应, 它是负压强的, 而且被实验观测证实（两块金属板之间证实有卡什米尔吸引力，它极其微弱，注意不是万有引力）。更为有意思的是, 当今宇宙观测发现在整个宇宙的尺度内, 是"万有斥力", 而人们发现只有负压强的能量才能产生这种效应, 这就是暗能量. 关于暗能量人们提出了大量的唯像模型, 可谓千奇百怪, 但它到底是什么, 我们依然一无所知. 也许未来将真的发现这种奇异的能量, 届时超光速将变得可行。

一点好玩的评论：

上世纪末观测发现的宇宙加速膨胀是人类有史以来最伟大的发现，它表明宇宙中75%的成份是暗能量，它产生“万有斥力”推动宇宙膨胀。之所以说这个发现最伟大，是因为它意味着人类第一次通过天文观测发现自己的无知是95%。

在宇宙深渊中，我们看见了自己的无知。

我觉得没有什么科学发现能比宇宙加速膨胀更意味深长。这个发现带有强烈的宗教预言般味道：①世纪末发现②加速膨胀的细节关乎宇宙未来命运——到底宇宙会终结于火（所谓的“大挤压”结局，万物挤压到奇点），还是终结于冰（“大劈裂”结局，万物随膨胀消解，原子也会随宇宙膨胀消解）③人类明确发现了自己的无知程度。

宇宙加速膨胀是一个现代文明启示录般的事件，可惜众多天文学家的声音并未被主流文化听到。

这种宇宙航行可以将航天器以超高速爆炸到新的恒星系统

多年来，物理学家一直在努力完善一种以五分之一光速发射太空探测器的方法。一个团队正在标记蓝图州链拿的一个重要部分。

距离我们的太阳系只有大约 4 光年的地方是 Alpha Centauri，另一个繁华的太空社区。它由与我们的太阳相同工作的三颗恒星锚定，拥有类似于我们的八个著名球体的行星，甚至可能有一个地球双胞胎在宜居区闲逛。几乎就像另一个现实一样，恒星系统对于太空探索者来说是一个诱人的区域。

只有一个明显的问题。凭借我们目前的技术，向半人马座阿尔法星发射的航天器要到 82022 年左右才能到达。这就是为什么在 2016 年，已故天体物理学家史蒂芬霍金和投资者尤里米尔纳发起了突破摄星计划――一项旨在发送微芯片大小的太空探测器的计划。以 20% 的光速到达半人马座阿尔法星，将惊人的旅行时间缩短到仅仅 20 年。

他们的蓝图以光帆为中心，该光帆利用光子的能量，也就是光粒子，由地球激光发射，而不是像传统帆那样使用风。尽管它与《星际迷航》的科幻技术相得益彰，但这个想法却广受欢迎，以至于各地的研究人员都开始研究如何将这个装置付诸实践，希望能制造出一种以令人眼花缭乱的速度在宇宙中爆炸的超光速引擎。

来自宾夕法尼亚大学的一个这样的团队正在解决一大块难题。在本月发表在《纳米快报》杂志上的两篇论文中，研究人员提出了一种方法，以确保这些创新的航天器在长达 20 年的星际航行中不会因强烈的激光脉冲而撕裂。基本上，研究人员提出，帆必须在太空中“翻滚”，就像标准的船帆在地球风中摇摆一样。

在中心可以看到红矮星，它的两颗行星在附近，另外两颗双星半人马座阿尔法星在背景中。

宾夕法尼亚大学机械工程和应用力学系副教授、研究作者伊戈尔・巴尔加廷 (Igor Bargatin) 说：“早期的一些光帆数字正在滚滚，有些则没有，但没有得到很好的研究。”

“我们所做的是表明你肯定需要滚滚。

Bargatin 补充道“我们意识到人们并没有真正研究过问题的机制，特别是眼泪的可能性”。

“我们不希望这些帆失败。”

想象一艘挂着帆的船冒险出海。风帆将随着每一阵风而升起，推动船只前进。之所以会产生这种推进力，是因为撞击帆的风会反弹，从而产生压力。

光帆并没有那么不同。

Bargatin 说“当光子撞击我们的光帆时，它们会被反射并产生压力”

“确切的机制有点不同，因为我们谈论的是光与实际的空气分子。但它们在两种情况下都会产生压力。”

事实上，这些设备已经在一定程度上被证明是有效的。

2010 年，日本宇宙航空研究开发机构发射了一项名为 Ikaros 的光册搭帆飞行任务，并认为它取得了成功。2019 年，实验性 LightSail 2紧随其后。由 Bill Nye 和 Neil DeGrasse Tyson 发起的 Kickstarter 活动资助，它使用纯光子能量在太空中移动了一颗小型卫星。

但 Ikaros 和 LightSail 2 都使用了来自太阳的光，这与 Breakthrough Starshot 的激光束视觉形成鲜明对比。

虽然阳光可以降低流泪的风险，但它对于 Starshot 的努力来说太弱了。此外，Bargatin 说，Starshot 光脉冲必须在相对较短的时间内发生，因为一旦光帆离地球太远，科学家就会失去有效加速它的能力。

简唤好而言之，为了达到光速的五分之一――因此它可以在所需的 20 年内进入半人马座阿尔法星――在一个严格的窗口内，光帆需要极强的光脉冲，只有激光才能实现。

Bargatin 说“我们光帆的设计压力并不”

“它们就像手上有一分钱一样”

在科学术语中，压力加起来约为 10 帕斯卡，但考虑一下我们如何在完全不担心轻微压力的情况下过我们的生活。

十帕斯卡的光力需要大量的激光功率，因此与 Ikaros 用纤细的太阳光共舞不同，带有超强激光脉冲的光帆可能会受到严重损坏。

根据研究人员的说法，强激光脉冲可以产生足够大的压力，足以弯曲和撕裂床单，就像绷紧的船帆在被大风击中时可能会撕裂一样。

他们认为光帆必须具有“翻滚”并形成类似于降落伞的弯曲形状的能力。Bargatin 解释说，在他们的新论文中，作者概述了确保最佳翻滚的几何测量，帆的长度和曲率半径都应该在 3 米左右。

然而，即使是没有眼泪的光帆也会遇到其他障碍。为了克服这些问题，要考虑的主要参数是帆材料。板材必须坚固耐用，重量轻，以最大限度地降低激光强度，有效地反射光以实现理想的推进，并散发激光脉冲产生的热量。

Bargatin 说，如果不处理后一点，风帆可能会在太空中融化。

“你可以想出一种材料的组合。这些材料的厚度和弯曲的几何形状将使帆能够承受我们目前设计的压力，”Bargatin 说，并指出他的团队主要研究一种叫做钼的材料二硫化物。

然而，在宏伟的计划中，建造能够向前发射光帆的大型激光阵列将是一个很大的障碍。Bargatin 说“从事天基通信的研究人员还在研究如何从连接到光帆的微芯片探测器中检索信息”

如果突破摄星的机制有朝一日奏效，那将是人类在科学领域的辉煌成就的真实证明。六年前，霍金在宣布该组织的宏伟目标时表示：

“我相信让我们与众不同的是超越我们的极限。重力将我们钉在地上，但我刚刚飞到美国。我失去了声音，但我仍然可以说话，这要归功于我的语音合成器。我们如何超越这些限制？

“用我们的思想和我们的机器。”

曲率发动机是什么意思？

曲速引擎（英文：Warp drive），也译为曲率引擎，是一种超光速（faster-than-light, FTL）推进系统，和跳跃引擎、超光速引擎、星际传送器等设备都是科幻作品中相似但理论不同的常见技术。曲速引擎以在影片《星际旅行》系列电影中最为常见。和其他科幻作品不同，曲速引擎的理论在设定上并不允许在两点间进行瞬时旅行。曲速技术设想通过在宇宙飞船周围出了一种正常时空的人工“气泡”，使得飞船可以安全的以快于光速的几个数量级的速度航行，同时又回避了时间膨胀的相对论性的问题。

运用空间翘曲（space warp）作为引擎来推进已成为一些物理学家所研究，例如米给尔·阿库别瑞的阿库别瑞引擎，但尚未有坚实的技术方法被提出，也不知道阿库别瑞所提的效应理论上要怎么引发。

以上就是关于超光速引擎和曲速引擎，超光速发动机的知识，后面我们会继续为大家整理关于超光速引擎的知识，希望能够帮助到大家！

您愿意为这篇文章点个赞吗？

赞一个

已有人觉得很赞