盡管人類本體目前到達(dá)過唯一地球之外的星體是月球，可這絲毫不妨礙我們對(duì)宇宙的向往。我們幻想著太陽(yáng)系之外有著另一個(gè)類似的星系，里面也有像地球一樣孕育生命的星球，甚至上面生活著我們一直想要知道的外星人。我們幻想著人類有一天能實(shí)現(xiàn)星際穿越，到達(dá)宇宙中想要去的任何地方。
這個(gè)幻想不少電影已經(jīng)替我們實(shí)現(xiàn)了，這些年關(guān)于太空的電影無(wú)一不大爆，《星際穿越》、《星際迷航》、《星際救援》等等。然而，電影是電影，現(xiàn)實(shí)是現(xiàn)實(shí)，真正的情況是，人類目前航行的最遠(yuǎn)的旅行者號(hào)，還沒有離開太陽(yáng)系。
當(dāng)然這不妨礙我們繼續(xù)向往星級(jí)旅游，電影里頻繁提到“曲速引擎”，也許就是我們實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的最有利工具，有了它，我們就可以實(shí)現(xiàn)愿望，突破光速的極限，人類將開啟星際旅行。
星際系列電影劇照
星際航行的困難
人類想要實(shí)現(xiàn)星際間的穿梭，必須要克服三個(gè)最基本的困難。首先是燃料，我們目前的航天器使用的是航天煤油、氫能、太陽(yáng)能和核能的混合。在地球上發(fā)射時(shí)利用航天煤油與液態(tài)氫燃燒產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力達(dá)到第一宇宙速度，將航天器材送入太空。
圍繞地球的衛(wèi)星在進(jìn)入自己的軌道后利用萬(wàn)有引力維持轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)依靠太陽(yáng)能維持上面的電器設(shè)備運(yùn)行。如果需要離開地球前往太陽(yáng)系別的星體，就要達(dá)到第二宇宙速度逃離地球的引力范圍。
這個(gè)過程中僅依靠太陽(yáng)能是不夠的，航天器會(huì)開啟自己的核能系統(tǒng)。理論上，核聚變和裂變是可以無(wú)窮無(wú)盡循環(huán)的，但實(shí)際上會(huì)有能量的損耗。旅行者號(hào)在后期為了節(jié)省能源只能選擇關(guān)閉自己的幾個(gè)系統(tǒng)，由此與地球失聯(lián)，可見我們沒有那個(gè)技術(shù)做到星際供能。
人類航天器
其次就是推動(dòng)力，我們?cè)诘厍蛏峡梢允褂萌剂贤七M(jìn)，但是進(jìn)入真空的宇宙，燃料無(wú)法燃燒，如何提供巨大推動(dòng)力呢？這一點(diǎn)可以利用其它星體的引力實(shí)現(xiàn)。
2011年美國(guó)發(fā)射的飛船朱諾號(hào)利用木星的引力，將速度達(dá)到了73.6公里/秒，成為人類有史以來(lái)飛行速度最快的航天器材。而太空中比木星大的星體數(shù)不勝數(shù)，我們可以在飛躍它們的過程中借助它們的引力。
美國(guó)的朱諾號(hào)
最后就是速度的問題，朱諾號(hào)可以每秒飛行70多公里，可這速度放到太空中根本不值得一提。距離我們最近的恒星星系是半人馬座，距離我們4.3光年，即使我們達(dá)到光速也要花費(fèi)四年多，往返下來(lái)就要10年左右。
所以對(duì)于星際航行來(lái)說(shuō)，達(dá)到光速只是基本，超越光速才能實(shí)現(xiàn)自由穿越。對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，我們離光速還有很遠(yuǎn)，更不要說(shuō)超越光速了。
這三個(gè)問題中，人類僅僅勉強(qiáng)解決了推動(dòng)力問題，其余兩個(gè)問題根本沒有解決辦法。
朱諾號(hào)的速度放在宇宙中根本不值一提
超越光速
雖然人類沒有辦法超越光速，但以現(xiàn)有的理論可以推測(cè)超越后的世界。光在真空中的速度是3×108m/s，即每秒8億米。
根據(jù)愛因斯旦的狹義相對(duì)論，光在真空中的速度并不會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)系的不同而改變，因此它具有穩(wěn)定性，成為千變?nèi)f化的宇宙中唯一恒定的物質(zhì)。天文學(xué)家將其作為丈量距離的工具，光年成為了宇宙中的距離單位。當(dāng)然光并不是宇宙最快的速度，比起宇宙膨脹的速度，它還是遜色了。
可這絲毫不影響它作為人類追求速度的參照，成為人類心目中的速度天花板。如果人的速度超過光速會(huì)怎樣？
光速主題圖片
物理學(xué)家們就這個(gè)問題提出過無(wú)數(shù)假設(shè)，最后達(dá)成了一個(gè)共識(shí)，那就是人類會(huì)回到過去穿越時(shí)空。穿越者可以回到過去的任意時(shí)候，見到歷史書上的人物，秦皇漢武唐宗宋祖。生物學(xué)家提醒，穿越雖好但是傷身，我們的身體組織未必能承受光速，如果不是真空環(huán)境，超光速運(yùn)行會(huì)與空氣中的各種粒子發(fā)生摩擦，人類很有可能會(huì)在所謂的時(shí)空隧道里被撕碎。
所以人們幻想，如果固定坐在宇宙飛船里并且穿著宇航服以超光速飛行，身體就不用害怕高速粒子的摩擦，從而到達(dá)宇宙的各個(gè)角落。
目前知道宇宙的年齡大約140億年，并且還在不斷膨脹，直徑到達(dá)了960億光年，恐怕就算達(dá)到了光速也無(wú)看到宇宙盡頭。但是天文學(xué)家表示，去往宇宙的邊界，也許可以實(shí)現(xiàn)。
時(shí)空隧道想象圖
蟲洞
蟲洞是連接兩個(gè)不同時(shí)空的隧道，又稱愛因斯坦－羅森橋，最初由奧地利物理學(xué)家路德維?！じトR姆提出概念，后被愛因斯坦與羅森假設(shè)出來(lái)。目前為止，人類并沒有發(fā)現(xiàn)實(shí)際上的蟲洞，關(guān)于它的一切均停留在假設(shè)階段。
蟲洞連接兩個(gè)遙遠(yuǎn)的時(shí)空，比如你在1點(diǎn)一刻進(jìn)入蟲洞，便會(huì)在1點(diǎn)一刻離開蟲洞到達(dá)另一端。為何會(huì)出現(xiàn)這種情況？原來(lái)蟲洞相當(dāng)于一個(gè)巨大的旋渦，這個(gè)旋渦是由星體旋轉(zhuǎn)和引力共同組成。
這就好比大海上有個(gè)旋渦，人掉進(jìn)去后便可以迅速被卷到馬里亞納海溝，如果是人自動(dòng)下沉，那得需要很久才能到達(dá)溝底。
蟲洞想象圖
物質(zhì)進(jìn)入蟲洞后，在這些星體的影響下，速度達(dá)到了光速級(jí)別，而蟲洞內(nèi)部高速的旋轉(zhuǎn)會(huì)使它隧道內(nèi)的空間扭曲。天文學(xué)家們甚至假設(shè)它與黑洞是同時(shí)存在的，會(huì)吞噬進(jìn)入其中的物質(zhì)，因此蟲洞不適合作為星際航行的工具。
不過虛擬的蟲洞給天文學(xué)家一個(gè)啟示，我們?yōu)楹尾荒苣M一個(gè)類似于蟲洞的存在？從而讓隧道里的引力不要如此巨大，但同樣能夠串聯(lián)起兩個(gè)空間。理論上真的可以，那就是需要把物質(zhì)的速度加快到光速甚至超過它，似乎又回到假設(shè)最初的起點(diǎn)，只是這次我們需要一個(gè)設(shè)備。
穿越蟲洞模擬圖
曲速引擎是一種速度推進(jìn)裝置，常出現(xiàn)于科幻作品里，用于將飛行器的速度提高，從而超過光速。它也是一個(gè)很年輕的概念，1994年才由墨西哥天文學(xué)家米蓋爾?阿爾庫(kù)比雷提出。
這一引擎將使用尚未被發(fā)現(xiàn)的、具有負(fù)質(zhì)量和呈負(fù)壓的“特異物質(zhì)”，將時(shí)空扭曲，造成物質(zhì)前方的空間收縮，后方的空間膨脹，被包裹在這一“彎曲泡”中的物質(zhì)就能在不破壞相對(duì)論的情況下超光速飛行。
科幻作品中出現(xiàn)的曲速引擎
曲速引擎并不是直接加速物體本身，而是將它四周的空間扭曲，扭曲的空間會(huì)產(chǎn)生巨大的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)可以讓處在其中的物體速度突破光速的極限。宇宙中的空間并非我們想象中是平面的，相反它可能具備多個(gè)維度，扭曲的時(shí)空會(huì)形成一個(gè)類似于蟲洞的隧道，物體在里面高速運(yùn)動(dòng)。
如果飛船擁有這樣的引擎裝置，相當(dāng)于在飛行時(shí)自己制造類似的“蟲洞”，讓時(shí)空與時(shí)空之間的形成漩渦橋梁實(shí)現(xiàn)星際穿越。
但是曲速引擎不是那么好建造的，就算真的有，人類也無(wú)法隨心所欲，因?yàn)橛钪鎸?shí)在太大了。
曲速引擎的建造非常困難
曲速引擎的可能性
曲速引擎能夠讓空間扭曲，那么這個(gè)過程需要巨大的能量，人類應(yīng)該如何使用能源為引擎供能，這是一個(gè)需要克服的問題。天文學(xué)家假設(shè)，可以利用黑洞與蟲洞的引力驅(qū)動(dòng)引擎，但人類必須冒一定的風(fēng)險(xiǎn)，靠近黑洞的物體都會(huì)被它吞噬，哪怕是光也無(wú)法逃逸。如果將飛船開往黑洞，可能還沒來(lái)得及利用它的引力，便被引力吸引進(jìn)去，因此在借助黑洞和蟲洞的力量時(shí)，需要保持好距離。
人類正在模擬人造太陽(yáng)，利用核聚變研究達(dá)到永恒產(chǎn)熱的目的，那么以此類推，可以用核聚變反應(yīng)在太空中產(chǎn)生巨大的能量模擬一個(gè)星體甚至模擬黑洞與蟲洞。
曲速引擎原理示意圖
核聚變與我們常見的能量不同，理論上它是無(wú)限循環(huán)的，只不過現(xiàn)在因?yàn)槭褂眯实膯栴}，達(dá)不到百分之百的利用。未來(lái)人造太陽(yáng)成功后，就可以投入實(shí)行人造曲速引擎的供能。
可是這里面存在一個(gè)困難，假設(shè)我們用曲速引擎將空間扭曲達(dá)到光速的100倍，我們的宇宙在不斷膨脹，哪怕以現(xiàn)在的960億光年直徑來(lái)計(jì)算，星際航行也需要千萬(wàn)年，人類沒有那么長(zhǎng)的壽命執(zhí)行這個(gè)任務(wù)。不過用于普通的星際旅游還是有可能的。
曲速引擎想象圖
使用曲速引擎以100倍光速飛行，去火星要75秒，到達(dá)太陽(yáng)系的邊界奧爾特星云只需72天。如果實(shí)現(xiàn)宇宙移民計(jì)劃前往最近的恒星系半人馬座，則需要83天的時(shí)間。離我們最近的疑似存在生命所需所有條件的格利澤667cc，離地球23.5光年，我們以這個(gè)速度只需要兩年左右就可以到達(dá)。
人類由此能夠開啟星際旅游乃至星際移民，如同大航海時(shí)代人們發(fā)現(xiàn)新大陸一樣。只是，等待當(dāng)時(shí)殖民者的是土著民，等待人類宇宙殖民者的，可能是遠(yuǎn)超過我們文明的外星人，屆時(shí)誰(shuí)殖民誰(shuí)還說(shuō)不一定。
曲速引擎可以幫助我們快速穿越時(shí)空
空間折疊
如果引擎能夠讓空間扭曲到折疊的狀態(tài)，那么無(wú)論多少光年的距離都無(wú)法阻礙人類的步伐。
空間折疊是真實(shí)存在并且有望實(shí)現(xiàn)的，它使空間扭曲到極致發(fā)生了折疊，就好比兩點(diǎn)之間線段最短，但是將這條線段折疊幾次，兩點(diǎn)的距離進(jìn)一步變小?？臻g折疊的前提是需要巨大的引力使它扭曲，此前天文學(xué)家們一直認(rèn)為只有黑洞、蟲洞等物質(zhì)能夠使空間發(fā)生折疊，現(xiàn)在有了曲速引擎也可以實(shí)現(xiàn)。
空間折疊模擬圖
有了空間折疊，我們就可以做到瞬間移動(dòng)，這就好比1點(diǎn)一刻在宇宙中的A點(diǎn)，因?yàn)榭臻g折疊B點(diǎn)與A點(diǎn)重合，那么物體也可以在1點(diǎn)一刻到達(dá)B點(diǎn)。人類可以不再顧慮是否需要達(dá)到光速百倍甚至千倍才能穿越完整個(gè)宇宙，只需要掌握引擎扭曲空間的度，人為制造空間折疊。這比將速度提高到光速的100倍還要高效。
空間折疊技術(shù)也是目前人類猜測(cè)外星人文明的最高維度，如果人類能實(shí)現(xiàn)，我們則不必畏懼在星際航行時(shí)碰見外星人。
空間折疊想象圖
結(jié)語(yǔ)
曲速引擎雖然還是科幻影視劇里面存在的技術(shù)，可歷史告訴我們，人類的所有的進(jìn)步都來(lái)自最初的幻想。比如我們想要飛，于是在后面發(fā)明出了飛機(jī)；我們想要去往宇宙看星空，于是在上個(gè)世紀(jì)50年代末加加林第一次替全體人類眺望星空；我們想去月球上尋找是否有人類，于是阿姆斯特朗將人類的足跡印在了月球的土壤上。我們也許現(xiàn)在沒有達(dá)到這個(gè)技術(shù)，不代表以后的人類無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
但同時(shí)，宇宙是龐大的，我們有太多的未知在里面，飛速的發(fā)展會(huì)讓我們無(wú)限接近宇宙，可宇宙真的如我們想象的那么安全嗎？面對(duì)宇宙，人類還是太過渺小。
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