星際旅行,這個詞隨著《星際迷航》、《星際旅行》等等科幻大片的熱播,在廣大青年群體中引發熱議,無數人幻想著在未來能夠駕駛著宇宙飛船穿梭在星河之中,領略不同星系、文明的魅力。
星際穿越
然而,技術是橫亙在人類星際旅行之中的一道不可忽視的門檻,其中光速是最大的制約。在許多科幻作品中打敗光速的是曲速引擎,有了它人們可以在星際間橫行無忌。如今這種科幻技術已經在科學家的不懈努力之下迎來實現的曙光,星際旅行也許不止在電影中存在了。那么,這神奇的曲速引擎究竟是什么?它憑什么進行星際旅行呢?
星際旅行,人類的暢想
浩浩宇宙,是人類永恒的追求,是心中的至高夢想。我們探索、追尋宇宙的奧秘,不僅僅是為了尋找其他的智慧生命,更是為了了解萬物運行的真理。為了探尋太空之上究竟有什么?我們無時不刻渴望著飛上藍天,像鳥兒一樣自由地飛翔,于是我們根據鳥類設計了飛機,實現了飛天夢,但這遠遠不夠,因為天太高了。
飛行
隨著時間的流轉,航天技術越發的先進,而源自于戰爭中的火箭也陰差陽錯地成為航天的助力,只需要點燃火箭就能將綁在上面的飛船送上高空,這簡直就是一件完美的道具。有了火箭、航天器、以及一些必要的航天技術,人類在1957年第一次將人造衛星送上地球上空,由此拉開了太空探索的大幕,人類可以初窺宇宙的廣博。
火箭升空
然而,人們將人造物或者人類送上太空依仗的的不僅僅是火箭、飛船等等造物,更深層次的是造就這些鋼鐵的原理,即開普勒定律、牛頓萬有引力等律等等物理學原理,它們是承載星際航行的基石與骨骼,沒有這些理論人類將寸步難行。如今,人類已經能夠在宇宙中建立空間站、輸送宇航員、以及宇宙探索工作,但是要想實現科幻電影中的星際穿梭、星際旅行還只是一場幻夢,原因就在于光速。
空間站
按照愛因斯坦的理論,光速是真空中最快的速度,是人類了解到的速度的極致體現,而人類想要進行星際旅行,飛船的速度就必須超越光速。因為,宇宙實在是太廣袤了,人類就是從地球飛出太陽系,以目前的速度起碼要花幾萬年。參考旅行者1號,它從1977年發射至今都還沒到太陽系邊緣,據計算起碼還要花三萬年才到奧爾特星云。而太陽系之外還有銀河系,銀河系外頭還有廣袤的河外星系,因此就目前而言,想要進行星際旅行,還是依靠做夢更快一點。
宇宙以超光速在膨脹
當然,有科學家提出如果我們的飛船速度超越光速,那么星際旅行或有曙光。然而,根據《相對論》原理,速度達到光速的物體,那么它的質量和動能一定是趨于無限大的,因此不可能有超越光速的物體存在。這也不行,那也不行,那么怎樣才能進行星際航行呢?有科學家在看到科幻小說中星際旅行的設定時,靈機一動想到了一個辦法可以繞過光速不可超越定理,另辟蹊徑達到目的,這個手段就是曲速引擎。
曲速引擎,實現星際旅行的橋梁
曲速引擎,這個術語最早誕生于上世紀50年代的物理學家海姆,當時他正在研究“超時空動力”這個概念,延伸闡述了曲速航行的概念。海姆認為,“曲速航行”是利用時空扭曲和時空躍遷進行超光速飛行,然而由于理論太過超前海姆的觀點被諸多科學家駁斥,以至于銷聲匿跡,但是這個理論卻在科幻小說中大行其道。
曲速飛船
著名科幻小說《星際迷航》上星際旅行的設定就與海姆的“曲速航行”理論一脈相承,都利用時空的扭曲進行超光速飛行,這個新穎的概念影響了墨西哥科學家阿庫別瑞,他根據小說中的曲速引擎,看到了愛因斯坦相對論體系下超光速飛行的可能,通過壓縮和膨脹時空的曲率就可能實現星際旅行。
曲速飛行
因此,曲速引擎也叫作阿庫別瑞引擎,指的是阿庫別瑞博士建立的假想的超光速推進系統,按照阿庫別瑞博士的設定,飛船通過發出一種波來彎曲時空,從而讓飛船前方的時空被壓縮而后方的時空膨脹,然后利用后方的推進力往前移動,這樣飛船就像是在一個平坦的空間中被波包裹著移動,這個波被稱作“曲速波”。
超光速推進引擎
由于阿庫別瑞引擎是基于愛因斯坦相對論而形成的,因此我們后續的燃料之類的東西也要依據愛因斯坦的相對論,于是科學家想到了暗物質。只有暗物質才有這樣高的能量支撐它完成彎曲時空的壯舉,然而暗物質雖然廣泛存在于宇宙中,但是至今人類科學家都不知道它長啥樣。
因此,科學家認為雖然在理論上一切都成立,但是卻沒有人知道暗物質怎樣作用、以及人們如何捕獲暗物質,并將之存儲、利用,所以就目前而言曲速引擎還只是個理論產品。
未來可期,太空時代將開啟
然而,雖然目前曲速引擎囿于能源的原因,只是個理論產品,但是它的設計路徑是準確的,也就是說是可能實現的。要知道在幾千年前人類可能根本想不到,人類能夠像鳥兒一樣飛上天,就是飛機剛發明出來那會兒,萊特兄弟肯定也想不到66年后,美國人已經能夠送人上月球了。
第一架飛機
可見,社會發展之迅速,科技變革之迅猛,因此在不遠的未來,沒有人能知道我們的技術會不會發生跨越式的發展,也許人類真就在2063年造出了曲速引擎,走向星際了呢。目前,美國建立了相關的實驗室專門研究曲速引擎等航天高科技技術,并誕生了伊卡洛斯星際計劃以及NASA曲速引擎實驗計劃,也許在不遠的未來,科幻將變成現實。
結語
星際旅行,無疑是令人振奮的一件事,但是以目前的技術我們無法制造出推動飛船的曲速引擎,這個夢想還只能在電影以及小說中停留。但是,類似平板、折疊手機、以及登月種種科幻小說中的物品都已經實現,想來曲速引擎的制造也只是時間問題,我們可以展望一下未來的星際旅行。