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[猎奇]光速不是宇宙速度极限？人类构想的一款引擎可超光速，就差实践了[17P] [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 01-28

— 本帖被 xgch 执行加亮操作(2024-01-28) —

一个物体最快的移动速度能达到多快？爱因斯坦告诉你：30万公里每秒，更准确地说，是299792.458公里每秒——也就是我们熟知的“光速”。
光速意味着什么？8分20秒，光可以从太阳发出，照射地球表面；8年5个月，达到光速的飞行器可以从地球出发，到达离地球最近的恒星半人马座α星（比邻星）；在互联网盛传的外星种族“小灰人”的“家乡”Zeta双星系，以光速从地球出发，则需要39年才能达到。

天空中最亮的星星之二的参宿七、参宿四所在的猎户座，更是需要光速飞行器“马不停蹄”地狂奔1500年，才能达到——而可怕的是，这些人类寿命几乎永远无法跨越的距离，放眼于整个宇宙来说，只不过是一粒沙子而已。
爱因斯坦在相对论中提出光速猜想的同时，还为它做了一个非常重要的限定：光速就是速度的极限，即“光速极限”论。
与此同时，爱因斯坦还给了人类当头一棒：光速是宇宙中最快的速度，并且，人类永远无法达到光速！

也就是说，由于“光速极限”的存在，人类在文明崩塌前，可能永远也走不出太阳系，更遑论通过达到光速而创造“时间穿越机器”——整个宇宙对于人类而言，可能永远都是一个巨大的谜题，而人类文明无论再怎么发达，也无法解开这个谜题！
可是，若“光速极限”本就不存在呢？

为何爱因斯坦说光速不可超越？

要想知道宇宙中到底有没有物体可以超越光速，还得先看看爱因斯坦他老人家是怎么想的——他凭什么就认为，光速就是速度的极限呢？
根据物理学的质量和能量守恒的定律，粒子的质量转化为能量，能量多大，就意味着速度有多快。根据这个定律，爱因斯坦提出了质能转换的基本公式：E=mc2。其中，E代表Energy能量，m代表mass质量，c代表constant，真空中光速的常量，即约30万公里每秒。

根据这一公式，爱因斯坦继而计算得出了又一定理：当物体的运动速度达到光速的四分之一的时候，物体的质量将随着速度的增加而增大，而如果物体速度接近于光速，它的质量将趋近于无穷大。
可宇宙中根本不可能存在质量趋近于无穷大的物体——也就是说，有质量的物体的移动速度不可能达到光速。之所以“光”能达到光速，是因为光子的质量为零，即光子没有引力质量。所以，光子的整个质量都转化为了能量，并且达到了极限，光子的速度也因此达到了极限，也就是光速极限。

光速极限的存在无疑令想要宇宙旅行的科学家们失落，不过，人类现有的理论知识，还真无法推翻爱因斯坦的推论。
然而，正所谓“我命由我不由天”，难道人类真无法走出太阳系吗？科学家们又振奋了：既然规则限制了速度的极限，那么我们就绕开光速极限的规则，“卡bug”似的达到超光速的目的不就行了吗？时间是相对的，空间是可以被扭曲的，光速即使是一个极限，我们也能找到超越光速极限，从而成功实现宇宙漫游的方法！

人类速度的极限究竟在哪？

为超越光速，人类科学家做了许多努力。
美国NASA的X-43A超高音速无人侦察机是人类目前制造的速度最快的飞机。它使用超音速冲压发动机，在冲刺时，达到了9.8马赫的速度，相当于11000公里每小时，达到光速的约27分之一——这是人类在大气层内速度最快的飞机。
如果乘坐这架飞机，以最快速度飞行，只需6分钟，就可从北京飞到上海，而只需12分钟，就可跨越中国南北，从哈尔滨飞到昆明。

1969年阿波罗10号月球飞船返回地球，在经过大气层时，飞船加速达到了4万公里每小时，相当于11公里每秒，这已经是人类载人飞船有史以来的最高速度了。
也因此，乘坐阿波罗10号的三名宇航员斯塔福德、约翰杨、尤金塞尔南被戏称为“人类历史上最快的三个男人”。

人类历史上飞行距离最远的飞行器则是1977年发射的旅行者1号，它目前的速度是17公里每秒，相当于68000公里每小时，从发射至今，已经“全勤”飞行了200多亿公里。
人类历史上速度最快的飞行器是2018年发射的帕克太阳探测器，它是人类为了研究太阳风而发射的，最高速度达到95公里每秒，即38万公里每小时——可是，这个速度也只是达到了光速的0.0003％。

人们逐渐意识到，如果是使用燃料的飞行器，要达到光速的万分之一都是难上加难。因为，对于燃料飞行器来说，想要飞得越快，就要添加越多的燃料。这么算下来，如果要将飞行器加速达到光速，需要的能量是无穷大的，即使把整个宇宙的物质都塞进这无限大的飞行器中，它的速度也不可能达到光速。
那么，如果飞行器不使用燃料加速呢？这并非是不切实际的幻想，而已经成为了现实——它就是以氙气作为动力源的离子引擎发动机。

离子引擎发动机的驱动原理是从原子中抽出电子，使中性气体电离，从而产生一团正离子，以给飞行器加速。我们可以看到的许多科幻电影里，都有发出幽蓝光芒的飞行器发动器，这正是使用了离子引擎发动机的体现。
1998年美国NASA发射了深空1号探测器，第一次将离子引擎发动机投入实际应用，虽然由于技术限制，它的功率还相对较低，但也已经在宇宙的真空环境中达到了最高11.5公里每秒的速度，已经超越了人类最快的飞机X-43A。

近年来，欧洲航天局ESA又做了一项关于离子引擎的测试，在飞行器中装填了高达飞行器质量90％的燃料，最终达到了700公里每秒的高速。虽然这一速度也只相当于光速的0.002％，但也已经往前迈出了一大步。
不过，离子引擎有一个巨大的缺点，就是不能像化学燃料燃烧那样一瞬间爆发巨大的推力，而需要在几个月甚至几年内慢慢地、不断地加速，从而越来越快，达到非常惊人的速度。

为了达到更快的速度，科学家们又创造了太阳帆飞船。它的原理和海面上的帆船类似，利用面积巨大的镀金材料，接收太阳光中的粒子，就像海风吹动帆船的风帆一样，逐渐加速。
不过，单个粒子的推动效果是微乎其微的，以太阳到地球的距离为例，光粒子在一平方米太阳帆上产生的推力，只有0.9达因，还不到一只蚂蚁的重量。因此，如果要进行远距离宇宙航行，这个飞行器的太阳帆要造得十分巨大。

如果使用一平方公里的太阳帆，飞行器第一天的速度可以达到160公里每小时，一年后，就可以达到58000公里每小时。太阳风的传播范围非常远，欧航局的科学家估计，太阳帆飞行器的最终速度可以达到75000公里每秒，已经是光速的25％！
这是常用的宇宙七级文明分类法中，达到一级文明的标志。也就是说，这一时期的文明，可以利用本星球的所有能量，控制星球上的所有资源，甚至可以控制星球上的自然灾害，有能力在海洋中建造城市。
以上，或许就是人类目前掌握理论中，可以被创造出来的飞行器能达到的，人类极限速度。

扭曲时空，脱离物质，人类还能跑更远！

不过，人类还有办法，可以绕开光速极限的规则，达到超越光速的目的——这就是“曲速引擎”。
在爱因斯坦的狭义相对论中，空间是平坦的，但他同时也认为空间并非永远都是平坦的，而是可以弯曲的，这就形成了广义相对论。为什么地球绕着太阳转，月球绕着地球转？正是因为星体巨大的质量弯曲了周围的空间，形成了引力。
这就像一张有弹性的网，如果在它的中心放下一颗很重的球，球在陷进去的同时，还会造成网的形变，让其他较轻的球不受控制地往中间滚动。

这，正是曲速引擎得以创造的基础。
1994年，墨西哥物理学家米格尔·阿库别瑞发表了论文，描述了如何通过时空扭曲超越光速的原理，创造了曲速引擎的模型。因此，曲速引擎还有一个名字，即阿库别瑞引擎。
不过，曲速引擎要想扭曲周围的空间，又不影响飞行器本身，还需要一种特别的物质，这种物质具有负压强和负能量，和人类已知物质的属性都完全不同，它在理论上存在，却没有人在现实生活中发现过它——这就是“奇异物质”（strange matter）。

科学家认为，奇异物质可能存在于中子星或黑洞的内部，因为这些天体的巨大引力会极度扭曲周围的时空。甚至，科学家还认为，宇宙中可能存在一种完全由奇异物质组成的天体——夸克星。
有了神奇的奇异物质，它的引力就可以压缩飞行器前方的时空，并将时空拖到飞行器后方。这并非飞行器本身超越了光速的限制，而是时空在飞行器周围移动，这就是曲速引擎的运作原理。在这样的飞行器中，可以看到前方的所有星星都被拉成了线状，而朝后看则只能看到一片漆黑。
值得一提的是，虽然飞行器周围的时空被扭曲了，飞行器里的人却不会受到任何影响。

有了曲速引擎，人类不仅可以达到光速，甚至还能超越光速几十几百倍，届时，我们去猎户座旅游一趟，可能就像坐了两小时高铁一样轻松。
2013年，北京质谱仪BES Ⅲ与日本KEK的Belle团队发现了Zc（3900）的夸克态，如果它确认成立，就将正式确立多夸克态物理的成立，也就意味着人类获取奇异物质成了可能，自然也就有了真实创造曲速引擎的可能。

此外，也有科学家提出了其他有可能实现的星际旅行方式，比如空间迁跃。这是一种利用人造虫洞完成瞬间移动一般的运动的技术，不过也和曲速引擎一样，还停留在理论层面。
也有科学家提出了设想：如果人类有着寿命的限制，那么如果人类可以转换为非生物形态呢？比如把人类意识录入电脑，把生命转变会一堆数据，从而实现“永生”。又或者，人类的意识如果是波形态的呢？这样一来，它就可以脱离肉体而存在，且没有了质量，自然也就可以加速到光速甚至超越光速的速度。