"星際穿越"或能實現? 這些科學設想助夢太空航行

2016年07月07日08:21  來源:科技日報
 
原標題:跨越光年——誰能帶你去旅行

採用曲率引擎的新一代超光速飛船概念圖

去往鄰市,你得給車加滿汽油。

去往月球,剛剛完成首飛的長征七號,使用液氧和煤油推進。

去往浩瀚深空,又該給你的飛船加點什麼“料”呢?

跨越光年,能耗巨大又無中途補給,讓飛船一上路就背上全程“糧草”是行不通的。

為此,科幻書裡各出奇招——有就地取材的、有玩穿越的、還有掀起時空巨浪搭便車的。

究竟哪個最靠譜?讓我們細讀其中的原理,歸總出破解之道,再做判斷。

巴薩德引擎 就地取材,無限燃料在手邊

距離彈性指數:★☆☆☆☆(旅行距離即現實距離)

速度指數:★★★☆☆(不超過光速)

節能指數:★★★★★(氫原子隨處可採)

風險指數:★★★☆☆(常規機器故障)

一片不發光的星雲,橫亙在“克裡斯汀號”的必經之路上!

像泰坦尼克號撞向冰山一樣,這艘經過3年加速的太空母艦,躲避不及地撞上去。不同的是,飛船不會因為撞擊擱淺或撕裂。接近光速讓艦體如銀針扎透鋼板般穿透星雲。

鋼鐵與隕石的撞擊與迸裂,給這艘自動收集燃料、自給自足的飛船,一個無法解決的重大故障——減速器損壞,永遠繼續加速,以無限接近光速的速度“橫沖直撞”。

在美國作家波爾·安德森的《宇宙過河卒》一書中,這位七獲雨果獎、三獲星雲獎的作家實景展現了物理學家羅伯特·巴薩德提出的核聚變沖壓發動機的工作。

巴薩德引擎的能源來自整個太空,書中這樣描述——“恆星間的太空,每立方厘米平均有一個原子。但如果飛船以光速飛行,每秒每平方厘米會遇到300億個氫原子。”

為了收集氫,安德森為“克裡斯汀號”裝配了“磁—氫聯合力場”,能量脈沖向前延伸百萬公裡,像個大喇叭吸塵器捕獲氫原子、過濾星際灰塵和其他元素,還為飛船防護。

正常情況下,飛船沒“油”了會自然拋錨。而當下的危機是,路上全是“糧草”,巴薩德引擎成為一頭不斷吃草、能量無限的紅眼奔馬。

“飛到氫原子最稀少的區域!”擺脫能源的招數被鎖定在太空的荒漠——星系氏族間的純黑地帶,那裡的氫原子聊勝於無。

飛向距離地球3億光年的地方,在那裡“克裡斯汀號”遵循著廣義相對論,以無限接近光速的速度、無限延長的主觀時間飛行,它幾小時(飛船上的時間)就能環繞一個星系、兩個月把兩三億光年拋在身后。直到……

“奇點萌芽”出現。是的,在無限接近光速的飛行中,“宇宙過河卒”們的時間遵循廣義相對論被無限拉長,他們度過了宇宙的輪回,直到大爆炸誕生新宇宙。

巴薩德引擎的假想,與可以實現的技術最為接近,其應用的氫原子收集、核聚變反應、廣義相對論等理論都相對完善。

超空間躍遷 玩穿越,不同維度任穿行

距離彈性指數:★★★★★(旅行距離小於現實距離)

速度指數:★☆☆☆☆(對速度無要求)

節能指數:不詳

風險指數:★★★★☆(躍遷要求極強精准度)

“超空間躍遷是往來恆星間唯一可行的方法,”在科幻三巨頭之一艾薩克·阿西莫夫的《銀河帝國》中,整個銀河系有近二千五百萬顆住人行星,星際旅行如同出國旅行般平常——“躍遷帶來一陣輕微震動,體內被輕踢一下,旋即消失,如此而已。”

超空間躍遷之所以實現,史蒂芬·霍金在《時間簡史》中用“弦理論”加以推証。形象地說,就是在二維空間中,兩點最短距離是平面上的直線,但三維中,就能通過折疊平面拉近兩點。而人們相信,宇宙空間可能有十一維,具體的疊加假說目前還在研究。

如果“超空間發動機”能創造一個強大的磁場或重力場,飛船將進入“多維空間”,人類將實現超空間躍遷。這個技術是迄今為止科幻作品中最被認可的一種——

科幻經典《海伯利安》中這樣描述,“巨樹之艦通過量子躍遷穿越遂孔,要量子化,乘客必須呆在冰凍床中確保安全。”

太空戰略游戲《家園》中,“超空間核心”可以讓母艦無限制地空間跳躍。游戲中對於“超空間跳躍”的危機描述也具象而真實——受外力破壞,在跳躍中的母艦被從超空間通道中擠出,可能迷失在多維空間的空隙中,那裡可能是黑洞、可能是“百慕大三角”之類的磁力“墳場”。

超空間躍遷的關鍵是開啟多維空間通道,從何處著手、往哪個方向使勁兒,目前還沒有一致的觀點,磁力、電力、核能都被視為可能動力。

曲率驅動 掀動時空,另一種“乘風破浪”

距離彈性指數:★☆☆☆☆(旅行距離即現實距離)

速度指數:★★★★★(超光速運行)

節能指數:★☆☆☆☆(要求巨大能量改變空間曲率)

風險指數:★★★★★(時空扭曲難以修復)

如果說超空間躍遷是突破距離“梗”,那麼曲率驅動就是突破速度“梗”。

曲率驅動打破“光速”的極限限定,又不違背“沒有物體可以局域地快過光速”的廣義相對論。

在劉慈欣的《三體》中,侵略地球的三體星第二艦隊利用“曲率驅動飛船”后發先至。“對三體第二艦隊的觀測表明,曲率驅動的宇宙飛行器加速到光速幾乎不需要時間。”

曲率引擎由理論物理學家米給爾·阿庫別瑞1994年提出,使飛船前方的空間收縮、后方空間擴張,飛船就在太空裡“乘”著空間掀起的“波浪”中推進。

空間推著飛船跑,那感覺就像“坐地日行八萬裡”,飛船的速度是空間速度和飛船自身速度的疊加。在NASA項目前主管馬克·米利斯看來,這種空間擴張有先例可循——大爆炸后,宇宙空間以遠高於光速的速度膨脹。

據測算,如果技術允許,掀動時空需要1045焦耳能量,這遠遠超出當前能掌控的能量級別。

劉慈欣在《三體》中也預估了曲率驅動的風險,“引起的某種空間畸變,可能長時間保留,甚至永久存在。”畸變帶來的能量風險更動人心魄,悉尼大學的幾位教授2012年在對曲率驅動發動機進行計算機模擬時發現,超光速飛行時,運行中的反向能量會一路積累,在減速時瞬間釋放,足以毀滅任何物體。

宇宙起始的大爆炸是曲率驅動可實現的最強有力証據,但人類是否有能力擁有並操控“神級別”的能量呢?這是個問題。(記者張佳星)

(責編:余悅(實習生)、張希)