三體人利用曲率驅動實現光速航行,結果被滅了

2021-01-15 迦藍baby

來勢洶洶的三體第二艦隊之所以能夠後發先至,就是因為三體文明出現了技術突變,將曲率驅動技術實用化:

地球人:

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,光速飛船有可能在幾十分鐘的時間裡從地球航行到木星。

利用時空特性進行光速乃至超光速飛行,絕非嶄新的概念。在20世紀60年代的科幻系列劇《星際迷航》中,超光速飛船的推進裝置叫做「曲速引擎」。影片中,只見星艦艦長一聲令下,機器運轉,飛船前方的星星都被拉成細線。片刻之後,星艦出現在遙遠的目的地,速度比光速還快……

曲率驅動的原理

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併拽到跟前。在拽地毯時,貓相對於你的速度是c+z——超過了c,但貓與貓腳下的地毯是一併移動的,它並沒有超過自己在那塊區域的速度極限。現在,把貓替換成飛船,把地毯替換成宇宙空間,把拽地毯的動作替換成曲率驅動,把c設為光速,你就得到了曲率驅動的基本圖景。

曲速引擎的原理是將空間拉伸,這與蟲洞摺疊空間正相反。有趣的是,近年來科學家發現,科幻片中的曲速引擎竟然並不違反物理法則。

1994年,物理學家米基爾阿庫別瑞提出可用波動方式拉伸空間,使飛船前方的空間收縮而後方的空間擴張,飛船在太空裡「乘」著空間的「波浪」前進。這個「波浪」區間叫做「曲速泡」,裡面是一塊平坦時空。飛船在泡內並非真的在移動,而是被泡帶著走,並不違反物理學中的「光速最快」限制。目前還不知道怎樣引發這樣的波動,或是一旦引發了,飛船該怎麼離開它。因此,阿庫別瑞發動機仍屬於理論概念範疇。對此,美國國家航空航天局突破推進物理項目的前主管馬克米利斯指出,在宇宙大爆炸後早期的快速膨脹期間內,時空以遠高於光速的速度嚮往膨脹,「如果大爆炸能做到,為什麼我們的飛船做不到?」答案在於能量。宇宙大爆炸具有開天闢地的能量,如果人類也能掌握這種能量,拉伸空間就不是難事。

星際迷航中的曲率驅動飛船

在《星際迷航》中,飛船首先使用曲速線圈產生「子空間場」,當其呈現不對稱蠕動形式並達到一定場強之後,會成為「曲速場」。此時飛船就處在曲速泡中,從而完成超光速的星際旅行。至於其中的具體技術細節,只有天知道。

細細推敲起來,《三體》中的曲率驅動與在《星際迷航》裡出現、又經阿庫別瑞闡發的曲速驅動並不完全一樣。

一艘處於太空中的飛船,如果能夠用某種方式把它後面的一部分空間熨平,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。曲率驅動不可能像空間摺疊那樣瞬間到達目的地,但卻有可能使飛船以無限接近光速的速度航行。

AA拿過程心疊好的小紙船,用小刀片從香皂上切下了小小的一片,然後把小紙船的尾部扎了一個小孔,把那一小片香皂插人小孔中,輕輕地把紙船放進已灌滿水並且水面已經平靜下來的浴缸中。小船向前移動了,在這片小小的水面上,從此岸航向彼岸。

程心立刻明白了原理:香皂在水中溶解後,降低了小船後方水面的張力,但船前方水面的張力不變,小船就被前方水面的張力拉過去了。

內在矛盾的局限性

曲率驅動堪稱「終極」航天推進方式。但完美之物並不存在,它也有發明者未曾預料的局限性,其中,航跡暴露便是大劉設想出的一個主要弊端。

防範三體人來襲的人類觀察者發現,三體艦隊顯然能夠在極短的時間內達到或脫離光速,但它們卻不敢在三體星系或太陽系附近這麼做。艦隊起航後,用了整整一年時以常規速度航行,直到與三體星系相距六千個天文單位時才進人光速。在距太陽系同樣距離處脫離光速降至常規推進速度。這段距離光速航行只需一個月,艦隊卻不惜再花一年的時間用常規推進航行。這樣,第二艦隊的航行時間比完全光速航行整整多出了兩年。

能想到的解釋只有一個:這是為了避免四百一十五艘飛船進入光速時對兩個世界產生影響。……一個顯而易見的事實:曲率驅動飛船在進人光速的加速段會留下航跡。三體第二艦隊用了一年時間進行常規航行,在距母星系遠達六千個天文單位時才啟動曲率引擎進人光速,是為了避免因曲率驅動航跡暴露母星文明。第二艦隊在距太陽系六千個天文單位的遠方就匆匆脫離光速也是這個原因。

時空扭曲會使光線「彎曲」,透過曲率驅動航跡觀察後方天體,會產生哈哈鏡一樣的扭曲效果。這種扭曲將暴露曲率驅動飛船的航跡。

更可怕的是:

在曲率驅動的航跡上,空間的結構也被改變了,如果把同樣的第二艘曲率驅動飛船放在第一艘飛船的航跡範圍裡,它將寸步難行。

這將使宇宙的空間結構變得支離破碎,大大限制了曲率驅動的大規模應用。

除了會在科幻小說的時空中留下雪泥鴻爪外,現實世界的科學家也發現這種曲率驅動技術存在著不易克服的內在矛盾。

2002年,有研究表明,對於進入曲率飛行狀態的飛船而言,無法向「曲速泡「的前方發送信號,這就意味著太空人將無法操控飛船。

這還不是最糟糕的。更新的研究顯示,曲率驅動飛船很可能無法安全脫離超光速狀態。2012年初,雪梨大學物理學院的幾位教授對阿庫別瑞曲率驅動發動機進行計算機模擬時發現,扭曲時空是有風險的。在超光速飛行時,與「曲速泡「所含能量相反的粒子將在泡前方堆積,有些粒子甚至會進入到曲速泡中,形成累積效應,曲速泡飛行的距離越長,前方堆積的粒子就會越多。

當飛船最終到達目的地開始減速時,一路上積累的大量能量會在瞬間全部釋放,足以毀滅任何與其接觸的物體。一直隱藏在曲速泡中的粒子也會對飛船本身造成威脅。比如,飛船在路過塵埃雲時意外脫離了曲速泡,災難性的碰撞就會發生;如果飛船在距離目標行星過近的地方減速,意外釋放的能量會在瞬間把這顆行星從星圖上抹去。

儘管如此,能夠達到甚至超越光速的曲率驅動堪稱航天推進皇冠上的寶石,足以誘惑一切有實力的技術文明去探索。何況,它還是主動逃脫「黑暗森林「打擊的最有效方式。其實,星際飛船的速度越高,生存概率越高。《三體3》中有記載為證:亞光速的三體第一艦隊最終「建立了殖民地,就在距這裡一百光年的範圍內。」還有:

金牛座附近爆發了一場大規模戰役,很慘烈,殘骸形成了一片新的塵埃雲。我們可以肯定其中的一方就是三體第二艦隊,不知道另一方是誰,戰役的結果也不清楚。

從這隻言片語的描述可知,配備巴薩德衝壓發動機的三體第一艦隊儘管在塵埃雲中損失慘重,但總算找到了生息之所;掌握曲率驅動技術的三體第二艦隊雖然航跡暴露,至少也獲得了面對敵人拼死一搏的機會。若如小說中的地球人一樣,固步自封、壓制技術發展,只能連逃生的機會都葬送掉。

巴薩德衝壓發動機

至此,《三體》三部曲裡陸續登場的關鍵航天技術已基本「考證「完畢。地球人與三體人從分子間作用(化學火箭)起步,進入原子核(核火箭)以及核子範疇(巴薩德衝壓火箭),最終達到物理學的基本層面——對時空本性的利用(曲率驅動)。隨著他們對物理原理的利用越來越高超,太空飛行器的速度也越來越高,直至超越光速。從現實向科幻一路走來,涉及的科技原理愈發天馬行空,有些在工程上或許永無實現的可能。

相關焦點

  • 物理學家稱曲率驅動或可實現10倍光速飛行—新聞—科學網
    這一概念最初是由墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利在1994年提出來的 北京時間9月19日消息,據國外媒體報導,藉助曲率驅動實現超光速的飛行,這是一種由於科幻電影《星際迷航》而變得流行一時的概念。現在,科學家們認為這一技術可能並非如原先想像的那麼難以實現。
  • 「光速」冷知識,超越光速航行,三體裡的曲率驅動離你多遠?
    從而帶動飛船前進,這就是三體裡的曲率驅動,但不一樣的是,三體的曲率驅動是基本等於光速的,現實的曲率理論,是大於光速的。通過空間膨脹,推動飛船的過程中,如果我們使用飛船後方的空間膨脹,那麼飛船前方的空間必須要實現相應規模的壓縮,這樣同等規模的膨脹和壓縮就會相互抵消,空間,才會恢復原狀。
  • 科幻與現實,曲率驅動下的光速飛船!
    在「三體」第三部《死神永生》中,雲天明通過三個童話向人類傳遞了大量信息,其中包括了「用曲率驅動實現光速飛船」這一重大線索。
  • 曲率驅動引擎——人類突破光速的新方案?
    凹陷的多少,被稱作它的曲率,這取決於你用多大的力來按它。或者形象地來比喻,假如你駕著一隻小船在河上滑行,結果突然小河到了盡頭,前面是一個巨大的瀑布。然後你和你的小船在瀑布處墜落,下落的速度將會遠遠超過滑行的速度。同樣的,在宇宙中,如果找到三維時空的「瀑布」,或者說它的「凹陷」處,藉助時空的彎曲,就可以實現超高速運行。
  • 科幻與現實之間,曲率驅動下的光速飛船
    在「三體」第三部《死神永生》中,雲天明通過三個童話向人類傳遞了大量信息,其中包括了「用曲率驅動實現光速飛船」這一重大線索。正是基於此,人類研發出了第一艘也是最後一艘光速飛船「星環號」。但最終還是然並卵,因為大劉說了「死神永生」!
  • 空間曲率驅動:用這種方法使宇宙飛船達到光速!橫行宇宙!
    曲率驅動到底是什麼原理呢?到底如何實現呢? 曲率驅動,我們將它拆分為兩個詞,分別是——曲率和驅動,驅動不難理解,而此處的曲率是指空間曲率,是空間的一項基本屬性。 曲率驅動的實現方法:使空間發生扭曲,利用空間的曲率之差所產生的力,讓處在一定空間範圍內的宇宙飛船達到宇宙中的最高速度。
  • 曲率代表曲線的彎曲程度,曲率驅動可以超光速是怎麼回事?
    其中一個法則,是對速度的約束,那就是光速。光在真空中的速度大約是30萬公裡每秒,這是宇宙中最快的速度。愛因斯坦告訴我們:宇宙中沒有什麼可以加速到光速。可是,人類就是這樣,從來都不信邪,才會有各種各樣科學的突破。儘管從理論上來說,人們都理解光速的無法超越。可是,依然有人孜孜不倦,想要打破這個「規則」。
  • 曲率飛行可以實現嗎?
    在小說《三體》中,有大量的篇幅介紹到曲率飛行技術,最後程心還是坐著裝有曲率引擎的飛行器逃出了將要二維化的太陽系,曲率引擎在理論上是可以實現的,但是在現階段,受限於技術,我們還不能製造出曲率引擎。曲率引擎是不違背科學原理的,在理論上是完全有可能實現的,採用曲率引擎驅動的飛行器,其速度可以接近光速,利用曲率引擎飛行器,可以大幅度縮短飛行時間。
  • 《三體》航天考(三):終極曲率驅動!
    曲率驅動就是這樣一種突變。來勢洶洶的三體第二艦隊之所以能夠後發先至,就是因為三體文明出現了技術突變,將曲率驅動技術實用化:地球人「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,光速飛船有可能在幾十分鐘的時間裡從地球航行到木星。」(《三體3》p330)利用時空特性進行光速乃至超光速飛行,絕非嶄新的概念。
  • 什麼是曲率驅動?假如我們掌握這項技術,世界會變成什麼樣子?
    想像一下假如你可以比光速還快,你最想去哪裡旅行呢?去火星,還是去我們的比鄰星半人馬阿爾法,或者是更遠的星雲?今天我們提出一個有意思的話題,假如我們掌握了曲率驅動技術,世界會變成什麼樣子?我們都知道,目前光速是公認的宇宙中速度最快的速度。
  • 曲率驅動可以「超光速」前進,網友:後果可怕
    超前的曲率驅動如果把宇宙的整體想像成一張薄膜,雖然膜的局部看似平整,但空間曲率還是無處不在。關於宇宙航行的設想,其中之一是空間摺疊:把大範圍空間的曲率無限增大,像一張紙一樣對摺,把「紙面」上相距千萬年的遙遠的兩點貼在一起。
  • 什麼是曲率驅動技術?假如我們掌握這項技術,世界會變成什麼樣子
    想像一下假如你可以比光速還快,你最想去哪裡旅行呢?去火星,還是去我們的比鄰星半人馬阿爾法,或者是更遠的星雲?今天我們提出一個有意思的話題,假如我們掌握了曲率驅動技術,世界會變成什麼樣子?我們都知道,目前光速是公認的宇宙中速度最快的速度。
  • 曲率驅動真的可以達到光速嗎?現在能否做到曲率驅動?
    因為即使達到光速,人類依然無法在有生之年跨越10萬光年半徑的銀河系!那麼有什麼手段可以越過這個光速屏障嗎?當然有,只不過所有的手段都還在紙面上,一般有如下幾種:一、曲速引擎這種引擎的原理利用空間的彈性將飛船推向前進,因為空間膨脹並不受光速限制,但這也有一個要求,即《三體》中的曲率引擎和《星際迷航》中的曲速引擎,儘管兩者原理一樣,但效果則完全不一樣,因為曲率引擎的上限是光速,但曲速引擎則幾乎沒有上限!
  • 三體中的曲率驅動是個啥?這可能是人類「越獄」的唯一希望
    因為肥皂溶解於水,降低了船尾的水面張力,小船則被前方較大的張力拉過去,小船會自動向前航行。曲率驅動與此相似。像水面一樣,時空也是凹凸不平的,一艘處於太空中的飛船,如果能夠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。
  • 三體中的曲率驅動是個啥?這可能是人類「越獄」的唯一希望
    三體中的曲率引擎三體給了一個物理原理類似的實驗可以讓曲率驅動變得通俗易懂。首先,折一隻紙船,並在船尾穿一個孔,塞入一小塊肥皂,再將船放到水中。因為肥皂溶解於水,降低了船尾的水面張力,小船則被前方較大的張力拉過去,小船會自動向前航行。曲率驅動與此相似。
  • 未來的星際航行很難?曲率引擎技術來實現十倍光速飛行
    這種超光速的理論被墨西哥理論物理學家阿庫別瑞首次提出,通過空間的變形來推動超光速飛船前進,首先,讓飛船被一個空間包裹,這個包裹的空間被稱作曲率泡,通過曲率引擎技術讓飛船前方的空間收縮、後方的空間膨脹,從而推動飛船前進,由於空間的膨脹速度沒有限制,那麼,飛船就實現了超光速,理論最高速度可達十倍光速。
  • 《三體》裡的曲率飛船達到光速,是否違背相對論?
    《三體》裡的曲率飛船其實並沒有達到光速,但它聲稱光速飛船,所以是偽光速。在小說中,程心和艾AA乘坐的曲率飛船在飛離太陽系飛往雲天明送給她的恆星時,由於時間的相對論效應,她們的時間相對於地球時間變得很慢,200多光年的星際航行只花了她們幾十天的時間(具體日期記不清了,還是幾十個小時?)。
  • 什麼時候我們才能實現星際航行?
    假設我們建造一艘十分巨大的宇宙飛船,然後在航行的過程中利用太陽的引力進行加速光粒子是宇宙中少數能夠達到光速的物質,但是有質量的宇宙飛船是不可能達到光速的,因為這違背物理定律。一旦飛船達到光速,飛船的質量就會變得無窮大。即使我們有能力達到光速,遨遊宇宙好像還遠遠不夠,因為宇宙中的星系距離我們動輒就是上百光年、上千光年。
  • 三體:地球文明最後的技術大爆炸,曲率驅動光速飛船——星環號
    有依可證,確實有一艘光速飛船逃離了二維化的吞噬。後來我們知道,光速飛船是一個文明技術等級高低的標準。也就是說,在掩體紀元的時代,地球人類的技術發生了一次大爆炸。正如三體文明曾擔心的那樣,在四百年的航行中,地球人類極大可能會發生一次技術大爆炸,導致三體第一艦隊不是遠徵而是赴死。
  • 關於曲率航行的若干問題,我們的科學家任重道遠
    曲率航行一直是不少科幻迷的夢想,只是現在這種先進的移動方式只出現在書籍和影視作品中,幸好前幾年發現了引力波的存在,所以曲率航行變得有點現實起來。曲率航行之空間曲率航行其實並不是飛船在移動,而是空間的位移帶動空間裡面的飛船一起行動,打個形象點的比喻,飛船就像大海中的筏子,筏子沒有動力,但是海浪的起伏會帶動筏子一起前進,這個比喻不是非常貼合曲率行進,但是大概是這麼個意思。