[中配]為何光速旅行可能會毀滅宇宙

想象一下幾百年後的地球 太空旅行變得觸手可及 我們像乘坐普通的出租車一樣 從行星間飛馳 但遺憾的是 現在我們的一生中 連足夠的假期 都沒有去旅行到鄰近的星系 因爲要到達離地球最近的星星 半人馬座三星 距離地球有4.37光年 我們今天的火箭飛行 如果我們想去 銀河系之外的最遠已知恆星之一 名爲伊卡魯斯 我們需要9億光年的旅程 這意味着即使以光速移動 也無法在一個人類的生命週期內 穿越銀河系 這就是爲什麼NASA 正在研究可能比光速更快的 引擎類型 但是無論他們努力多麼辛苦 科學家們仍然會面臨新的挑戰 在這段視頻中 我們將與工程師一起測試 不同類型的引擎 嘗試突破光速 然而要做到這一點 我們必須找到一種方式 來改變物理法則 但這種實驗對宇宙的影響 到底有多災難呢 我們能接近光速到什麼程度 2017年 挪威教授埃斯本·加達爾豪格 提出了一種新的數學理論 他聲稱實際上 有可能創造出一種航天器 藉助光子 可以加速到光速的99.999% 光子沒有質量 電荷爲零 只有在以光速移動時纔可以存在 聽起來完美 是不是 但如果我們想用光子使飛船運動 我們就製造了一種新的引擎 可以將光轉換爲能量 霍威聲稱 實現這個項目的最佳方式 是使用太陽帆 那麼讓我們試着建造一個 利用光移動的帆 爲了讓一公斤的物質達到光速 我們設計了一面面積 約爲1000平方米的帆平方米的 這將使我們的加速度 大約爲每秒一米 這意味着 如果我們的工程師體重是70公斤 他們需要設計一個 邊長超過2公里5的正方形帆 那就像25個足球場排成一排 這還不包括飛船本身的重量 但這裏有個好消息 至少我們不必擔心設計燃料箱 因爲我們擁有一個免費 且源源不斷的能源 即太陽 它已經燃燒了大約50億年 它將繼續燃燒很長時間 我們的太陽帆旅程 起步可能比較緩慢 但加速會是恆定的 得益於太陽 我們可以持續ANOS 甚至數十年 在大約100天的運行中 太陽帆可以達到 三年後 它的速度將達到24萬公里每小時 那麼到達冥王星太陽系中 最遙遠的天體之一 只需要5年的時間 這種恆定加速的想法 促使近年來多個研究小組測試 越來越先進的光子發動機原型 2015年 日本航空宇宙探索局 將LightSail-1送入軌道 科學家們成功在這顆小衛星上 搭建了一個面積爲32平方米的太陽帆 在一個月內 這架重315公斤的航天器速度 提升了約10米每秒 此外 它們還能夠改變它的軌道 這標誌着第一次成功的太陽帆實驗 但這也暴露了其侷限性 因爲設計的機動性相當低 爲了優化光子引擎與光粒子的互動 NSA目前正在研發它們所稱的 眼射太陽帆 眼射太陽帆項目 在薄帆中嵌入小型光乍 以更好的利用陽光 未來光子引擎 將使我們不僅能夠在太陽系內旅行 還能前往最近的星系 然而 在星際旅行中存在一個問題 來自太陽的陽光完全不夠 翻離光源越遠 能夠捕捉到的光子就越少 爲了希望解決這個問題 一個名爲突破星射的國際項目計劃 建造1000個小型太陽帆 這些迷你帆需要更少的光來加速 與此同時 在地球上研究人員計劃 建造一系列功率爲100千兆瓦的激光裝置 它們的光束將會指向迷你帆 幫助它們在太空中加速 此次旅行的目的地 將是離我們太陽最近的恆星 比林星遠 不幸的是 預計需要30年才能將這些微小的光子帆 加速到僅20%的光速 然而 這將使我們在2030年之前離開太陽系 並在2060年左右經過比林星 但讓我們暫時想象一下 如果我們的工程師 成功地將星際飛船通過光子帆推進到 比如說光速的90% 你認爲他們會遇到什麼 當然 還有新的挑戰 首先 對於以如此高速移動的人來說 時間的流逝將會截然不同 假設我們的工程師 進行一次快速的火星往返旅行 他們大約需要16分鐘40秒 才能到達紅色星球並返回地球 現在事情變得有趣了 對於在地球上觀看我們前往火星旅程的人來說 這確實是16分鐘40秒 但對於我們的宇航員來說 這一趟往返只需8分鐘20秒 這是因爲在如此高速下 會出現時間膨脹效應 越接近光速 這種效果就越明顯 此外對於我們的工程師來說 船前方的空間將顯得扁平 像一個模糊的隧道 過一段時間 他們前方將只會是黑暗 關鍵是光波根本追不上他們 因爲他們將以相同的速度移動 換句話說 在我們的工程師面前 將只剩下無盡的黑暗 所以從理論上講 科學家們已經知道如何加速到光速 但目前光子引擎並不允許我們做到這一點 你看要實現必要的加速 我們需要大量的材料來建造帆本身 以及難以想象的能量 來驅動加速所需的激光 要解決這個問題 我們必須製造一種更強大的引擎 採用不同的原理 科學家們已經提出了這樣一個設備的理論方案 那麼是什麼阻止我們將其變爲現實呢 理論物理學家建議使用 這是一個火箭發動機的概念 利用反物質與常規物質結合 產生能量以實現太空飛行 當這兩種物質相互反應時 它們可以產生巨大的能量 它的能量是核聚變的三百倍 是核衰變的一千倍 是普通化學反應的一百一百億倍 但問題在於 我們從哪裏獲得這麼多反物質 畢竟它是一種極其稀有和複雜的物質 很難製造 創造和儲存它需要巨量的能量 這就是爲什麼工程師們一直在思考 開發一種混合引擎 以減少所需的反物質數量 這種概念早在1992年 就在賓夕法尼亞大學開發 它們稱之爲反物質催化微聚變驅動 它的運作圍繞着一個含有 GD和油238的燃料艙 這個燃料艙被髮射到反應堆是 首先遭到離子的轟擊 然後又被反質子束擊中 在與反質子相互作用時 膠囊中的部分物質被湮滅 這產生的能量足以引發 油238的衰變 從而啓動油滅和變的聚變反應 這種能量驅動大型電磁鐵 使等離子體加熱 然後磁場引導等離子體流動 並將其噴射出噴口 產生推力並使航天器啓動 這個系統的優勢在於 例如 前往冥王星只需要100克反物質 這聽起來可能是一個非常小的數量 但在反物質面前可就不是這樣了 關鍵在於 科學家們通過離子加速器生產這種物質 這些加速器每分鐘能夠產生數千萬個反質子 這聽起來很有說服力 但當你意識到以這個速度 僅生產一克反物質就需要數百億年時 你聽說過反物質被稱爲地球上最昂貴的物質嗎 這是真的 一克它的價格可能高達數百或甚至數萬萬億的美元 而這不僅僅是創造反離子 你還需要找到存儲它們的方法 由於反物質與物質接觸時會湮滅 我們顯然不能僅僅把它放在一個容器裏就大功告成 那時我們就需要特殊的電磁陷阱 比如說佩寧陷阱 這些裝置利用高真空和低溫下的磁場可以保存反物質 目前便攜式陷阱正在開發中 未來可能讓科學家將這種物質轉移到其他實驗室 這樣的機制正在歐洲核子研究組織開發 但目前它差不多有兩米長 重達一噸 假設我們的工程師擁有足夠的反物質 乘坐一艘配備這種引擎的星際飛船有多安全呢 假設我們的工程師將飛船加速到光速以上 並在太空中旅行而對他們的身體沒有影響 但別急着慶祝 因爲在試圖停車時 我們的工程師可能會被輻射擊中而喪命 想象一下一束光子在宇宙中平靜地穿行 突然我們的反物質動力飛船追上了它 光子會被卡在飛船的前緣 當火箭在目的地停止時 所有那些卡在前緣的粒子將會同時釋放出巨大的能量 足以摧毀不僅是飛船及其船員 還有整個星球 理論上如果我們在到達目的地前稍微減速並逐漸降低速度 這場災難是可以避免的 但即使採取這種方法 飛船周圍仍會有強烈的光子輻射 意大利國際高級研究院的物理學家斯特凡諾·菲納奇 和他的同事們早在2009年就探討了這個問題 他們發現來自於朝向飛船及其船員的光子的熱通量 相當於自大爆炸以來未曾出現過的溫度 約爲10的32次方凱爾文 或者說大約是142萬億億億億攝氏度 因此一次以光速旅行可能會危及整顆行星 此外物理學家表示 乘坐一艘移動速度超過光速的飛船可能會摧毀整個宇宙 反物質引擎怎麼能毀滅整個宇宙 1994年墨西哥物理學家米格爾·阿爾庫比·埃雷 提出了一種驅速引擎模型 這是一種理論機制 用於以超過光速的速度旅行 驅速驅動的主要理念 是將時空彎曲在飛船周圍 使飛船本身並不是在穿越空間 而是空間在飛船周圍移動 這意味着宇宙飛船不會違揹物理定律 這些定律阻止有質量的物體加速到光速 從本質上講飛船將保持不動 另一方面空間不受這個法則的限制 所以可以以任何速度移動 但關鍵在於最初的計算表明 製造一個曲沃爾泡泡 需要宇宙中所有的能量 此外科學家們擔心這樣的氣泡 可能會變得不穩定 尤其是在進入和退出扭曲模式時 可能會與飛船一起崩潰 但我們假設我們的工程師 成功建造了阿爾庫比·埃爾驅動 並以超光速駛向太空 假設他們成功避免了對氣泡的損害 併成功調節了它的速度 以防止災難性的停頓 然而有一個幾乎不可能克服的問題 貝倫 庫比·埃爾本人承認 他的驅動器本質上就是一臺時間機器 畢竟任何能夠實現超光速旅行的方法 也都意味着時間旅行 關鍵是 驅Warp驅動可以創造閉合的時間類曲線 這意味着船可以在不同的時間回到同一個點 當我們的星際飛船啓程時 周圍的時空會被壓縮 通過超光速旅行 我們可能會進入一個 將我們拋回數千年的時空隧道 這可能會帶來真正災難性的後果 我們在談論所謂的蝴蝶效應 這部名爲《雷鳴之聲》的電影 生動地展示了時間旅行的危險 以及一隻終生代空氣蝴蝶的意外死亡 如何改變進化的軌跡 無論如何 要創造一個不會摧毀宇宙的超光速引擎 我們必須打破基本的物理法則 但這真的可能嗎? 1999年 英國工程師羅傑·舍爾聲稱 他知道如何制勝物理學 他開發了EM驅動 這是一種火箭模型 他認爲它可以在不排放廢氣的情況下產生推力 EM驅動是一種內部裝有強大電磁鐵的空心結構 根據科學家的說法 電磁輻射在火箭內部反彈 它在裝置的腔體內從磁體傳播 當輻射在結構最窄的部分積累時 它會在引擎中產生推力 2016年 NASA的一個Works實驗室團隊 嘗試驗證EM驅動的想法是否有效 科學家聲稱 他們成功地測量到了推力 這在物理學界是一次真正的革命 然而 由馬丁·塔伊馬教授領導的德雷斯頓工業大學的一個團隊 對實驗結果持懷疑態度 並決定嘗試複製這個實驗 他們無法測量出任何推力 問題是 最初的EagleWorks實驗中也沒有這個 NAS科學家所檢測到的現象 是一個熱效應 傳感器只是對發動機的熱量做出反應 如果我們的工程師建造了一艘這樣的艦船 它根本無法在太空中移動 更不用說以高速移動了 所以在EM驅動的情況下 科學家們無法超越物理定律 但這likely不會阻止他們 任何超越太陽系邊界的太空旅行 不可避免地涉及到超越光速 但與此同時 根據愛因斯坦的相對論 這是不可能的 我們能力的主要限制在於 當物體的速度增加時 它的質量也會增加 並且在到達光速時 必然會接近於無窮大 簡單來說 愛因斯坦得出的結論 是光速是宇宙中可達到的最大速度 但現代科學家們提出了一些方法 有可能在不真正超過光速的情況下 規避物理法則並超越光速 他們建議建立一個時空隧道 我們來想象時空是一個網格 這一時空的結構 受到物體的引力影響而變形 變形的時空形成類似隧道的結構 使你能夠在兩個點之間取捷徑 這就是所謂的蟲洞 物理學家建議利用這些蟲洞進行星際旅行 儘管一些科學家對這種蟲洞表示悲觀 認爲它們只能在宇宙誕生時形成 但另一些人則建議在超大質量黑洞附近尋找它們 不過這個選項風險很高 任何進入蟲洞的物體 幾乎都會被加速到光速 這使得其中的任何粒子對人類極其危險 事實證明 即使我們現在設法建造了一艘 驅速驅動的星際飛船 我們也可能會毀滅宇宙 我們試圖繞過物理法則 以避免世界末日的努力 可能會導致自我毀滅 因此問題來了 追趕光速真的值得嘗試嗎 當我們在車上加大油門時 速度就會更快 一輛車有最高速度 但我們可以繼續加速 例如戰鬥機的速度可以快於音速 然而加速是有極限的 無論我們多麼努力 都無法超過每秒30萬公里的速度 來突破這個速度障礙 我們需要源源不斷的能量 遺憾的是我們現在還沒有 但並非一片悲觀 科學家們曾經揭示過未知的事物 比如電波和放射性 因此全新的發現改變一切 是完全有可能的 在你看來 科學家需要多少年 才能發明出超光速引擎 還是星際旅行將永遠 僅僅成爲科幻導演的靈感來源