人類或將通過人造引力深入宇宙,實現文明飛躍

2020-12-20 騰訊網

關於《星際穿越》的故事,有一個令人驚訝卻鮮為人知的事實。一到達美國宇航局的設施,庫珀首先把目光放在了巨大的圓柱形宇宙飛船上,它將拯救地球上剩下的人類。在世界的其他地方,有幾艘這樣的船正在建造中。人們將登上飛船,前往太空,在環繞土星的軌道上開始他們的新生活,這是對他們艱難掙扎的家園的最後告別。但這些飛船很重,不可能輕易擺脫地球的引力。物理學家基普·索恩的著作《星際科學》揭示了飛船之所以能夠進入太空,是因為塔斯的量子數據使墨菲能夠控制重力異常。她降低了地球引力的強度,使飛船更容易飛出大氣層,然後在升空後恢復了地球的原始強度。

然而,地球引力的降低意味著地球核心不再被巨大的壓力和重量所控制。它會開始向上移動,擠壓地殼,導致毀滅性的地震和海嘯現在席捲全球。我們這個時代的文物就會被山巒淹沒。一旦重力恢復正常,地球將恢復正常大小,再次引發強大的自然災害。地球上最後的旅行者在毀滅性的毀滅過程中離開了這個星球,最終消滅了地球上大部分的人類生命。

但是關於星際飛船還有一件事需要注意。那是一個巨大的離心機。飛船在太空中旋轉,為乘客提供人工引力。這不會是真正的引力,因為產生任何可觀的引力的唯一途徑是擁有巨大的質量(行星和恆星規模上的質量)。但是旋轉飛船可以模擬重力的影響,讓人們四處走動而不是漂浮。他們還可以避免太空旅行對人體造成的許多退化影響。

這不僅僅是一個聰明的計劃。人工重力將是載人火星任務和其他任務的必要組成部分。即使太空人有嚴格的鍛鍊習慣,太空的低重力環境仍然會對他們的健康產生負面影響,使他們返回地球的過渡變得困難而痛苦。

飛船的旋轉會產生引力的錯覺。這是因為離心力取代了重力,讓你的身體感覺好像受到了引力場的作用。離心力會把人拉到飛船的牆上,把他們往外拉。然而,與此同時,飛船有一個向內的向心力和反向心力。這種推力和拉力的結合使乘客能夠正常走動,而不是漂浮在空中。這與地球將我們向下拉的方式並沒有什麼不同,但同時它的表面也會向上推我們的腳。

這些旋轉太空飛行器的設計往往是圓柱形、球形或環形。這些設計的半徑,以及旋轉速率,將決定模擬重力的強度。這些參數可以調整,使乘客感受到與在地球上差不多的重力。

因為它只是模擬的重力而不是真實的重力,所以會有一些我們在地球上沒有經歷過的迷失方向的效果。例如,科氏力會導致物體下落到地面時路徑彎曲。從飛船高處扔下某樣東西就意味著這個物體不會沿直線落下。

就像《星際穿越》裡的宇宙飛船一樣,建造一個巨大的旋轉飛行器,然後把它發射到太空中是一個巨大的挑戰。為了承受不斷的旋轉,飛船必須由耐用的材料製成。這意味著建築過程必須直接在太空中進行,而不是在地球上。即使是現代的火箭都是由輕質材料製成的,這既可以使它們更容易被送入太空,也可以考慮到在地球大氣層之外發射任何東西的巨大成本。雖然SpaceX等公司可能降低了成本,但發射到軌道上的成本仍在每磅2500美元左右。

一艘旋轉的船還需要考慮保持旋轉所需的燃料。到目前為止,與建造一個旋轉空間站相比,讓太空人進行嚴格的日常鍛鍊是相當安全的,而且花費要少得多。但是,如果研究表明,在較長的旅程中,低重力條件太有害,人造重力將成為必需品,而不是奢侈品。

NASA過去曾設計過這樣的飛行器。他們的「Nautilus-X」旨在成為一種可重複使用的運載工具,既可用於月球任務,也可用於更深的空間任務。發動機和燃料可以更換,並為每個具體任務定製。離心機將包括可充氣的結構,整個飛船將花費大約5年時間和37億美元建造。不幸的是,由於利益的轉移和預算的削減,這一計劃從未實現。

儘管在科幻小說中,人工引力司空見慣,但在現實生活中卻很少有方法去創造它。另一種更具試探性的方法是發現引力質量為負的粒子。據我們所知,引力總是吸引具有正質量的粒子。如果一些外來粒子確實具有負質量,因而具有引力斥力,那麼在一個房間裡排列它們就會導致引力場把我們拉下來。這種奇異的材料還能保護乘客在太空旅行中免受加速力的影響。

到目前為止,還沒有已知的粒子產生引力斥力,儘管反物質已經被證明可能存在。物理學家相信,未來幾年的研究將有助於確定斥力是否是反物質粒子的一種屬性,這一發現將改變我們對宇宙的理解。

《星際穿越》中旋轉的飛船總是使我著迷的一件事是它有多像一個時鐘。它提醒我們時間的流逝,即使是在一個本身似乎是永恆的地方。就像我們沒有找到操縱時間的方法一樣,我們還沒有找到操縱引力的方法。他們逃避我們,並提醒我們,即使現在在我們這個技術發達的世界,仍然有一些事情是我們無法控制的。如果我們能控制其中任何一種,情況將會多麼不同。引力帶來了毀滅行星和恆星的力量,最終讓我們了解黑洞。一些理論甚至提出,引力在維度間移動,從我們的世界滑落到其他許多維度。但我們將不得不夢想在有一天參觀其他維度。現在我們被困在一個旋轉的星球上,希望有一天能登上一艘旋轉的飛船,帶我們深入宇宙。

相關焦點

  • 科學研究發現,人類將無法實現星際航行,宇宙正在「鎖死」人類!
    科學研究發現,人類將無法實現星際航行,宇宙正在「鎖死」人類!從工業革命以後,人類文明的發展得到了質的飛躍,不少人猜測人類文明這樣發展下去,將能夠在宇宙中進行隨意穿梭。對於這種說法,科學家們卻有不一樣的見解。
  • 人類是宇宙中唯一的文明?我不敢苟同,人類的目光太短淺
    科學家是這樣解釋的:就算有天我們能夠到達宇宙的任何一個角落,我們能夠找到其他生命的可能性也幾乎為0,因為人類是宇宙中唯一的高級文明,同時宇宙中也只有地球擁有生命。但是我卻不敢苟同,那麼科學家為什麼會這樣解釋呢?
  • 第二宇宙文明的標誌,人類距離戴森球還有多遠?
    今天要講的也是後者,目前,戴森球被譽為到達第二文明的標誌,那麼以此來推斷,我們人類達到二級文明還需要多久呢?戴森球是一種設想的人造巨型結構,這樣的巨型球體他可以用來包裹恆星,開採恆星能這是一個利用恆星做動力源的天然的核聚變反應堆。它的構造過程是,發射衛星直至完全包裹住恆星為止,這樣就可以獲取恆星上全部或者大部分能量並轉為己用。
  • 人類把顯微鏡放大40億倍,會發現什麼?科學家:將顛覆人類文明!
    人類把顯微鏡放大40億倍,會發現什麼?科學家:將顛覆人類文明!在科學界當中,還是有很多神奇的現象,是非常有趣的,比如說一粒沙子,內部就有著一個非常完美的世界,大家都知道宇宙是由原子構成的,其中就包括人類和一些動植物,那你們知道嗎?
  • 宇宙給人類留下三大終極難題,全部解開之後,人類將成為宇宙之神
    在人類沒有走出地球之前,我們看到的世界基本都局限於地球之內。可是當人類在科技的幫助下,走出地球之後,我們看到了浩瀚的宇宙。宇宙對於人類來說就是一個無窮的寶藏,人類探索宇宙就像是一個遊戲,不斷闖關,解開一個個謎團,最後通關。而在闖關的過程中,也是人類文明不斷前進升級的過程。
  • 如果人類移居超級地球,怎麼面對上面的引力?或許每個人都要健身
    如果人類移居超級地球,怎麼面對上面的引力?或許每個人都要健身隨著我們人類文明的進步,我們人類的很多科學技術,也得到了一個質的飛躍。從前我們過年的時候,有高鐵飛機這樣的高速交通工具嗎?而現在回家過年,只要買到了車票,只要幾個小時,就可以實現幾千公裡的移動。所以科學技術的發展,給我們人類帶來了非常多的便利。而這些技術,不僅需要我們人類所獨有的高級智慧,還需要這個地球上的資源來支撐的。而我們人類都已經發展了8000多年了,這個地球上的資源,已經被我們人類開採的差不多了。而這個地球上的環境,也在我人類發展中,出現的一些錯誤,而被毀掉了很多。
  • 宇宙文明分為7個等級,人類文明1級都算不上,那7級是什麼樣子?
    人類文明發展至今,已經過去了上百萬年。從距今2到300萬年前的石器時代,到現在科學技術發達的資訊時代,人類通過自己的智慧與雙手,徹底脫離了叢林法則和原始的獸性,建立了合理的規則,改變了整個世界。人類文明的範圍非常廣泛,包括了生活、經濟、文化、科技等與人類有關的方方面面。
  • 浩瀚宇宙,人類有多孤獨
    要想深入地了解宇宙,對物理和天文的門檻很高,許多知識會生澀難懂,如奇點、熵增、相對論和紅移等,但不妨礙普通人的基本科普。給我挺大感觸的是,當下人包括我身邊的親戚朋友,對宇宙的理解僅停留在每年的中秋節,抬頭仰望著月亮和星星,就能腦補出心中的宇宙。
  • 它可能決定著宇宙和人類的命運
    宇宙浩瀚廣闊,有著無數的星系和天體,而宇宙萬物都是由物質構成,在過去的認知裡,人們都認為能夠看得見的才是物質,可是隨著人類科技的快速發展,對宇宙探索的不斷深入,卻發現:宇宙中的可見物質只佔少數,大部分的物質是不可見物質,而這些不可見物質決定著宇宙的命運,也決定著未來人類的命運。那麼這些不可物質是什麼?
  • 為什麼說,引力是人類科學史上的「疑難雜症」?
    雖然經過了牛頓理論再到愛因斯坦理論的對引力的修正,我們似乎已經掌握引力,並且利用我們已知的引力理論將探測器也發射到了非常遙遠的星球,如冥王星,其精確度可達12公裡。但有時我們的引力模型並不完全符合現實情況。即使是愛因斯坦的引力理論在天文測量上也存在異常且微小的差異。所以引力自古以來就是人類科學上的一個疑難雜症!
  • 曲率引擎能利用物理定律漏洞實現「超光速」,人類有可能實現嗎?
    阿爾庫貝利的曲率引擎,是基於相對論下時空不是平直的產物(當前已經有所驗證),它認為宇宙是一個彎曲(或者局部凹凸不平)存在曲率的時空。引擎的基本原理就是通過某種可以產生極為強大能量的裝置,通過對飛船後面的空間拉平(曲率變小,時空膨脹),使得飛船前方的空間彎曲更厲害(曲率更大,時空縮小)。
  • 科學家大膽預言,掌握三種新能源技術,成為神級文明不是夢
    能源在一個文明中的地位是顯著的,工業革命以後,電能被大規模利用,人類文明再一次實現飛躍。愛因斯坦提出了質能公式,為核能的利用打下基礎。按照科幻小說裡的說法,人類文明現在還不算1級文明,低級文明要以充分利用母星能源為目標。
  • 按宇宙的文明等級來看,我們人類創造的地球文明連1級文明都不到
    宇宙文明等級對於宇宙的發展時間來說,我們人類的歷史還只是一瞬間時間,而且人類在短暫的250萬年左右的發展歷史中,前期的很長時間,我們人類和動物並沒有多大的區別,過著茹毛飲血的生活。地球文明換句話說,人類文明真正的有質的飛躍,生產力水平大幅提升,認識和改造自然的能力大幅提高,可以理解為「文明的突變」現象,就只有從工業革命以來的不到三百年時間。
  • 1000年之後,人類文明會有什麼樣的變化?科學家給出可能的答案
    數百萬年前,地球這顆美麗的生命星球,經過數十億年漫長的進化演化,終於誕生了智慧生命人類。人類誕生之後又經過了數百萬年的進化演化,終於在一萬年前走進了原始文明時代。人類文明通過不斷的努力,終於在數百年前走進了科技發展的道路。
  • 【前沿物理】脫離宇宙到達另一個宇宙的最低速度——第六宇宙速度.
    第六宇宙速度這個概念便產生了。1234當在地球上以這一速度發射飛船,即可脫離全宇宙的引力,由於目前尚未測準宇宙總質量,因此沒有準確數值。 宇宙速度定義1234宇宙速度是指物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力束縛的一種速度。在擺脫地球束縛的過程中,在地球引力的作用下它並不是直線飛離地球,而是按曲線飛行。
  • 「戴森球」理論:是地球文明走向宇宙文明的必經過程?
    人類文明對於能源的需求是恆定地增長著,從最初的鑽木取火,到二十世紀的石油等燃料的利用,再到如今的太陽等離子體能量的利用,每一次科技的跨越,都是能源的革新,同時能源的需求也在不斷地增長著,如果未來人類文明能夠延續足夠長的時間,那必然有一天地球上的能源將不足以讓人類的文明繼續發展下去,
  • 是誰在不斷控制著宇宙?科學家不斷探索,終於發現了它們的身影
    而人類人類文明的不斷發展和進化,我們終於在數百年前走進了科學發展的道路。在科技的幫助下,我們對於地球之外的星空有了初步的了解,尤其是人類終於實現飛天的夢想,走出地球之後,對宇宙的了解更上一層樓。人類走出地球,看到的宇宙最直觀的印象就是浩瀚和神秘,宇宙到底有多大,現在沒有人知道。而探索宇宙的起源,也成為了科學家不斷探索研究的重要目標。
  • 網友問:地球引力有多強?和宇宙中其他天體比起來微不足道
    地球表面的重力加速度g=9.8m/s^2,地球引力和宇宙中其他天體比起來,就是小巫見大巫;但是在人類世界中,人類文明用了幾千年的時間,才擁有了掙脫地球引力的能力。在自然界中,人類已發現的四種基本力分別是:強力、弱力、電磁力和引力。其中引力是最弱的,比電磁力小了10^36個數量級,在生活中,我們遇到各種力的本質,除重力外幾乎全是電磁力,舉個例子:整個地球對一塊磁鐵的萬有引力,還不如另外一塊磁鐵對它的磁力。
  • 不再是科幻小說中的場景了,人造重力或將實現!
    該研究機構希望,有一天他們的研究將有助於太空人在太空探險時保持健康,使人類能夠比以往任何時候離地球更遠,並在太空停留更長時間。但首先,克拉克的團隊需要解決一個困擾人工重力支持者多年的問題:暈動病。太空人在太空中會經歷骨質疏鬆、肌肉萎縮、心血管疾病惡化等等。如今,有一系列零碎的對策來克服這些問題,但人造引力很棒,因為它可以同時克服所有這些障礙。
  • 智能的極限:人類、AI、宇宙、神及其他一切
    我們都經歷過這樣的過程:從單純自我認知及周遭環境的認知到對可見及不可見的一切和過去、現在及未來的宇宙的潛在理解。 能理解整個宇宙的頭腦也應當能夠創造出宇宙的心智模型。除此之外,其載體也遠比生物有機體堅固,可以忍耐人類無法忍耐環境,穿越太空,在沒有大氣層的外星或是更廣泛的大氣和重力條件下工作。 相較於自然生物智能,這些能力無疑是一種莫大的進步。我們可以將人工通用智能的崛起看作是智能自身進化的重要飛躍。自然而然地,問題來了:這是第一步還是最後一步?智能可以走多遠?