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光速有多快

光速,是目前所发现的自然界中的最快速度,在真空状态下,光速能达到惊人的299,792公里/秒

我们对于这样的光速,或许没有什么概念。举个简单的例子来解释,地球和月球之间的距离只有1.3光秒,意味着光从月球传播到我们的眼睛,仅仅只需要1秒左右的时间

光速如此之快,以至于我们人类几乎察觉不到光的传播

爱因斯坦错了?德国科学家:人类可以“超光速旅行”,真的吗?  第1张

特斯拉首席执行官埃隆·马斯克,曾表示想要在遥远的火星建立人类基地并定居。但是以我们现阶段的能力,从地球飞抵火星,需要耗费长达7个月的时间。

但如果能以光速飞行,那就完全不一样了。地球与火星之间的距离在0.78亿到3.78亿公里之间,如果是处于最近距离0.78亿公里,那么光只需要260秒(大约4.3分钟),就能到达火星。

如果处于最远距离3.78亿公里,那么光也只需要1260秒(大约21分钟)左右的时间。

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这样的光速,足以令人类望尘莫及,无比羡慕。

问题来了,也到了您顺手点赞加关注的时间了,你是否会好奇,难道这世间就没有比光速更快的事物吗?人类又能否实现超光速旅行呢?

阿尔库别雷曲速驱动器

按照爱因斯坦广义相对论的说法,空间和时间是融合的,在真空环境下,没有任何物质的运动速度可以超过光速。

而相对论似乎也限制了我们对于宇宙的探索,意味着任何火箭,飞船的飞行速度都无法超过光速。不过,这并没有阻止疯狂的物理学家们,试图打破这个速度限制的欲望。

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如今就有理论研究表明,超光速旅行是有可能实现的

让物体在正常的时空中,加速到光速或许很难实现,但是时空却不受这个限制

1994年,墨西哥理论物理学家米格尔·阿尔库别雷(Miguel Alcubierre)就曾提出,在广义相对论的范围内,只要能空间和时间弯曲得恰到好处,那么将有望实现超光速旅行

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米格尔·阿尔库别雷

阿尔库别雷在构建他的假想模型时,曾受到了《星际迷航》的启发。在《星际迷航》中,联邦飞船上所使用的曲速引擎,依靠时空的位移,来规避相对论和光速的障碍

虽然在局域空间中,没有比光速更快的速度,但这并不适用于两个非局域空间

极限的速度,不能在时空的局部区域中被超越,但你却可以跳脱出来,利用时空本身超越极限的方式,来操纵时空,这便是超光速旅行的关键所在

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按照阿尔库别雷的想法,是将飞行器装在一个局部时空气泡中,然后来操纵周围的空间。飞行器在移动时,它前面的空间会被压缩,后面的空间则会扩展膨胀

而时空气泡中的飞行器,则永远不会通过它周围的局部时空,并超越光速屏障,而这也被称为是阿尔库别雷曲速驱动器,属于是一种推测性的曲速驱动器。

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这是什么意思呢?我们可通过一个简单的例子来说明,假设A B两个点之间的距离为10米,如果你站在A点,每秒能行驶1米的距离,那么你只需要10秒钟的时间就能到达B点。

但倘若我们能以某种方式压缩A与B之间的空间,使得A与B的间隔距离只有1米,然后以1米/秒的速度穿越这个空间,那么你就能够在1秒左右的时间,快速到达B点。

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时空扭曲的图形表示

从理论上来讲,这种压缩时空的方式与相对论并不冲突,因为你在空间中的移动速度并没有超过光速

与处于时空中的事物不同,时空本身能够以任何速度进行弯曲或者膨胀

因此,被包裹在时空气泡中的飞行器,可以比正常空间中的光更快地到达目的地,且不会违反任何物理定律,也不受爱因斯坦的宇宙速度限制

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阿尔库别雷曲速驱动器模型

但要产生曲速驱动需要产生大量的负能量,别误会,这里的负能量可不是我们身上的“负面情绪”,而是一种物理学概念

如虫洞和时间旅行,负能量可以帮助推动阿尔库别雷曲速驱动器的运行,利用负能量原理来扭曲飞行器周围的空间,使其能够达到超光速旅行。

但是最大的问题就在于,要运行驱动器需要足够多的负能量,产生如此多的负能量,则需要大量物质,而这远远超过了整个可见宇宙的质量

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或许我们能将所需的质量,降低到一个可控的范围内,但却还面临另外一个问题。

一旦飞行器进入这个扭曲的时空气泡中,就难以从中逃离,就像进入了一个没有任何出口的绝对封闭环境中。

正能量孤子

不过也有一些研究声称,或许可以使用“孤子”波的纯正能量(孤子,是一种弱非线性效应和色散效应,处于某种特定的平衡的脉冲),来解决阿尔库别雷曲速驱动器所面临的难题。

在最近的一项研究中,德国哥廷根大学的物理学家埃里克·伦茨(Erik Lentz)博士,提出了一种不需要负能量的解决方案。

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埃里克·伦茨

伦茨构建了一个未开发的时空几何结构,将其称为正能量孤子(或曲速气泡)利用孤子对时空进行排列,能形成一种强大的奇异波

伦茨发现孤子的传播速度可以超过光速并产生导电等离子体和电磁场,且正能量孤子也遵循爱因斯坦的相对论

但伦茨的这种正能量曲速驱动,也需要大量的能量,按照伦茨的说法,一个半径100米的航天器,就需要相当于木星质量数百倍的能量来驱动

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所以要用正能量孤子进行驱动,就要将所需的能量降低到如今人类可操控的技术范围内,比如利用核裂变反应所产生的能量

如果要利用核能,就需要再将能量减少约30个数量级,才达到核裂变所产生的能量范围内。

人类虽从未停止过对于浩瀚宇宙的探索,但恒星之间的距离是以光年为单位的,星系之间的距离更是在数十万光年之外,更不用说时间膨胀的复杂性。

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要建立和运行一个曲速驱动器,更是一件漫长且艰巨的任务。但就像伦茨博士所说的那样:

“如果一个人的一生中可以前往遥远的恒星,就必须找到超光速推进的方法,”

如今虽然超光速旅行虽只停留在理论层面,但我们可知的是超光速不仅仅只存在于科幻小说,它有实现的可能

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