曲率驅動

曲率驅動

物理學術語
曲率驅動指的是一種理論上的推進系統(theoretical propulsion system),能讓航天器以光速,甚至超出光速數倍的速度飛行。994年,墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利(Miguel Alcubierre)首次提出了現實生活中曲率驅動的概念。他所設計的曲率驅動概念包括一個足球形狀的飛船,其周圍是一圈大型的環狀結構。科學解釋是宇宙空間不是平坦的而是存在曲率的。劉慈欣在他的《三體·死神永生》中便提到該概念,它對發射宇宙飛船具有重要指導作用。
    中文名:曲率驅動 外文名: 适用領域: 所屬學科:物理學 提出者:明戈·阿爾庫貝利 提出時間:1994年 解釋:宇宙的空間不是平坦的存在着曲率

簡介

所謂曲率驅動,就是指通過對時空本身的改造來驅動飛船,利用物理學定律中的漏洞來打破光速不可超越的限制。1994年墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利首次提出了現實生活中曲率驅動的概念。曲率驅動是由于科幻電影《星際迷航》而變得流行一時的概念。

解釋

宇宙的空間并不是平坦的,而是存在着曲率(曲率為半徑的倒數,曲率越大半徑越小),如果把宇宙的整體想象為一張大膜,這張膜的表面是弧形的,整張膜甚至可能是一個封閉的肥皂泡。雖然膜的局部看似平面,但空間曲率還是無處不在。一艘處于太空中的飛船,如果能夠利用某種方式把它後面的一部分空間燙平,減小其曲率,那麼飛船就會被前方曲率更大的空間拉過去,這就是曲率驅動。

原理

要理解空間曲率(或曲速)驅動的原理,不妨設想這樣一幅場景:你和一隻貓坐在一張地毯的兩端,貓以速度c(這也是它在地毯上奔跑能達到的最高速度)向你跑來,這時你以速度z猛然拽動地毯,把地毯和在地毯上跑動的貓一并拽到跟前。在拽地毯時,貓相對于你的速度是c+z——超過了c,但貓與貓腳下的地毯是一并移動的,它并沒有超過自己在那塊區域的速度極限。

提出

1994年,墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利(Miguel Alcubierre)首次提出了現實生活中曲率驅動的概念。他所設計的最早期的曲率驅動概念包括一個足球形狀的飛船,其周圍是一圈大型的環狀結構。

這一環狀結構設想是用某種奇異的物質建造的,它可以讓時空在圍繞飛船的四周發生彎曲,從而在其面前形成一個縮小版的空間,以及在其後方膨脹了的空間。與此同時,飛船本身将停留在由平滑時空組成的“氣泡”内,這裡的時空曲率不受影響。然而後續進行的計算顯示這樣一種裝置将需要無法達到的極高能量才能實現。

研究進展

2012年,物理學家哈羅德·懷特将圍繞飛船的那個環狀結構從原先設計中的扁平狀改為甜甜圈那樣的“圓筒形”,計算的結果顯示這樣一個裝置的驅動所需能量,僅相當于美國宇航局在1977年發射的旅行者号探測器那樣的質量按照質能方程轉化得到的能量值。另外,懷特還發現如果空間彎曲的強度可以随時間發生起伏變化,那麼實現這一裝置所需的能能将進一步減少。

懷特和他的同事們在實驗室裡實驗了他們的小型曲率驅動裝置,并在約翰遜空間飛行中心建立了一套被稱作“懷特.朱迪曲率場幹涉儀”的裝置。簡單地說基本就是使用一束激光來出發時空在微觀尺度上的扭曲。這一想法将有希望讓這種科幻産物成為真正的現實。

産生過程

這個宇宙的空間并不是平坦的,而是存在着曲率,如果把宇宙的整體想象為一張大膜,這張膜的表面是弧形的,整張膜甚至可能是一個封閉的肥皂泡,雖然膜的局部看似平面,但空間曲率還是無處不在。曾出現過許多極富野心的宇宙航行設想,其中之一就是空間折疊、設想把大範圍空間的曲率無限增大,像一張紙一樣對折,把"紙面"上相距千萬光年的遙遠的兩點貼在一起。

這個方案嚴格來說不應稱為宇宙航行,而應該叫做"宇宙拖曳",因為它實質上并不是航行到目的地,而是通過改變空間曲率把目的地拖過來。這種氣吞宇宙的事隻有上帝才做得出來,如果加上基礎理論的限制,可能上帝也不行。對于利用空間曲率航行,後來又出現了一個溫和的設想,一艘處于太空的飛船如果能用某方式把它後面的一部分空間“熨平”,減小這部分空間的曲率,那麼飛船就會被前方曲率較大的空間拉過去,這就是曲率驅動。

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