本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。人类发明天文望远镜之后，就看到了地球之外有一个神秘的空间存在，我们称之为宇宙。那个时候，人类对宇宙充满各种好奇和向望，随着人类科技的飞速发展，在上个世纪中叶，终于走出了地球，真实地看到了宇宙的样子。当我们站在地球之外，望着黑暗无尽的宇宙星空，感到深深地震撼。在人类眼里黑暗孤寂的宇宙空间，在天文望远镜的镜头里却一点也不黑暗，而是一幅幅壮丽的景象。它们向人类展示着宇宙的神秘。天文望远镜向我们初步展示了宇宙的精彩和神秘，可是想要真正了解这些神秘的背后奥秘，必须要走到近前去观测它们。可是要探索宇宙背后的奥秘，却有一个让我们无法忽视的东西拦在前面，那就是夸张的距离。宇宙的距离的确夸张张让我们难以呼吸，在地球上距离的基本单位是米，而在宇宙中的基本距离单位则光年，这是两个天与地的差距。夸张到让人们恐惧的距离尺度，仿佛一道无法跨越的鸿沟阻拦着我们探索宇宙。而且这道距离的锁链还将人类牢锁定在一定范围内无法走出去，这对于人类文明来说是非常可怕的。要知道人类的发展离不开资源，而不管是地球还是太阳系甚至是银河系，资源都是非常有限的。如果人类一直无法走出地球被困在其中，那么人类文明用不了多久就会因为资源消耗殆尽而走向终结的道路。同样的道理，如果人类长期无法走出太阳系，那么人类最终的结局同样也是走向毁灭，成为宇宙中的一个过客。有限的空间意味着有限的资源，有限的资源意味着人类文明的未来并不好，结局是注定的。科学家意识到了这一点，于是不断思考如何打破“牢笼”和“锁链”。而打破这些枷锁的关键就是速度，普通的速度根本无法突破出去，只有超光速才可以。早期科学家认为速度可以无限提升，只要人类的科技不断发展，那么超越光速也是能够做到的。可是后来爱因斯坦提出了相对论，直接给物体的速度进行了限制，那就是无法突破光速。而且随着科学家的不断研究发现，不要说超越光速，即使想让飞船达到20%光速也是无法做到的，这是为什么？我们先来分析下：为什么飞船的速度不能无限加速？其实这个问题的答案并不复杂，爱因斯坦还有一个伟大的公式相信朋友们都知道，那就是质能方程式。根据这个方程式，物体的速度跟质量能量是成正比的，当物体的速度不断增加的时候，需要的质量也会越来越大，能量也越来越大。当速度无限接近光速的时候，需要飞船的质量达到无限，能量达到无限，很明显在现实中是不可能的，所以飞船不能无限加速。曾经有一些朋友幻想：既然物体的速度只能无限接近光速，那么只要飞船的速度达到99%光速，那么也可以轻松走遍太阳系，探索太阳系附近的星系，对人类的意义也非常重大。这种想象是非常美好的，可是现在科学家经过研究后告诉我们，20%的光速也基本无法实现，更不要说99%光速了。可能有朋友会疑惑：为什么飞船的速度连五分之一光速也无法达到？要知道20%的光速飞行一旦实现，对于人类的意义将会非常巨大，太阳系的各个角落以这个速度也可以自由探索，甚至还能够初步走出太阳系，探索附近的星空。人类目前最快的飞行器是帕克太阳探测器，它的速度最快的时候达到了km/s，这是一个让我们感到惊人的速度。可是它跟20%光速相比，仍然是一个龟速。20%光速是帕克太阳探测器速度的多倍，有了这个速度，我们从地球出发到火星只需要半个小时左右，那个时候太阳系将成为人类的后花园，人类文明将迎来质的飞跃，成为初级星际文明。飞船的速度之所以无法达到20%光速，受多方面的影响，首先是宇宙空间的阻碍。虽然我们称宇宙空间为真空，可是真实的宇宙却并不空，每时每刻都发生着肉眼不可见的变化。例如正反粒子湮灭、真空涨落等等，同时还有各种大大小小的粒子飘荡其中。只要有粒子的存在，那么飞船在飞行的过程中就会与粒子产生摩擦碰撞，只不过在低速的时候，由于宇宙中的粒子分布较稀疏，影响并不明显。可一旦达到了20%光速，那么与粒子的摩擦碰撞就会非常明显。一粒小小的宇宙尘埃都有可能让飞船瞬间解体。其次还是受到质量和能量的限制，我们都知道，飞船的飞行需要大量的燃料，而要携带更多的燃料保持长时间的续航，那么飞船本身的质量自然是越轻越好。可是飞船的速度想要达到20%光速，却需要飞船本身要有非常大的质量，质量不够就不可能实现20%光速。于是这里就产生了一个无法解决的矛盾：携带更多燃料就意味着更轻的箭体，而更快的速度则需要更重的箭体。这是一个死循环，难以真正解决，所以飞船的速度无法实现20%光速，更不要说更高比例的光速飞行。可能有朋友会说了，一些科幻电影中，飞船的速度达到了无限接近光速的程度甚至还超越了光速，那是如何做到的？其实科幻作品中的99%光速或者超光速飞行，跟本文中表达的速度飞行模式有着本质上的区别。科幻作品的飞船星际飞行模式是一种空间跳跃技术，也就是利用曲率引擎来实现亚光速甚至是超光速飞行。爱因斯坦相对论为我们在速度上关闭了一扇窗，同时又打开了一扇窗。而打开的这一扇窗就是时空扭曲论。广义相对论指出，空间并不是我们想象的那么平坦，而是存在着曲率，也就是空间是以扭曲的形式存在。有质量的物体都会对时空产生扭曲，质量越大，扭曲越明显，而大量的能量爆发同样也可以对时空产生弯曲。而弯曲的时空会带来超乎我们想象的时空速度，飞船在时空速度的引动下可以打破20%光速的限制，甚至打破光速的限制。空间本身并不在相对论的限制范围内，只要扭曲程度足够，超光速不是事，要知道宇宙膨胀的速度就远远超越了光速。曲率引擎的飞行原理是将飞船前方的空间压缩，膨胀后方的空间。这样就可以让飞船周围的空间发生扭曲，形成一个时空泡将飞船包裹其中，随着空间的波动快速前进，从而实现超光速飞行。当然曲率引擎这种空间跳跃模式，虽然能够让我们自由探索银河系，可是想要探索银河系之外更加遥远的星系，还需要更强的速度模式，那就是目前还在理论研究中的虫洞。看完以上这些，相信朋友们对人类的未来又充满了希望。虽然目前人类的研究，依靠飞船本身连20%光速也无法实现，大大限制了未来人类的活动范围。可是曲率引擎理论给我们带来了希望，只要能够将它实现，那么速度的限制就会被打破，那个时候整个银河系的资源都能够为人类所用，人类的未来也将更加美好。
转载请注明：http://www.0431gb208.com/sjslczl/7953.html
