恆星際旅行

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恒星際旅行指的是載人或無人太空船在不同的恆星系間旅行,搭乘星艦來星際旅行這種概念也是科幻小說當中的主要觀點之一,目前的科技只有依賴核融合動力而有著現實上的些微可能。有鑑於宇宙有令人無法想像的龐大尺度,恒星際旅行的難度遠大於行星際航行,但一定程度上,該種旅行是目前人類技術有可能辦到的最遠旅行方式。

文学幻想[编辑]

最早关于星际旅行的文学,可以追溯到2世纪时卢西安(Lucian)的幻想故事《真实历史》(True History) 。但直到17世纪,伽利略发明望远镜后,才开始比较多的文学描述。例如开普勒的《月亮之梦》(Kepler's Dream)和戈德温的《月亮上的人》(The Man in the Moon)。[1]

1640年,约翰·威尔金斯开始系统性的关注空间旅行。他在《关于一个新世界和另一颗行星的讨论》(A Discourse Concerning a New World and Another Planet)中总结了三种到达月球的方式。在1648年出版的《数学魔法》(Mathematical Magick)中,他又补充了第四种月球旅行方式。19世纪时,科幻小说中开始出现更多的关于星际旅行的内容,甚至出现了时间旅行的想象(例如威尔斯的小说《时间机器》)。[1]

無人太空船[编辑]

巨大的宇航器的推進成本是雖然可行但現實上不可承受的,極微觀尺度的纳米级推进器可能可以用來建造光速太空船。美国密歇根大学的研究人员正在开发纳米粒子作为推进剂推进器,這種技术被称为“纳米粒子场提取推进器”。

理论物理学家加来道雄曾建议發射“智能尘埃”至太空,隨著纳米技术的进步可能實現。加来道雄还注意到纳米探针的将需要遭遇磁场,陨石和其他危险,所以需要發射大量纳米探针,以确保至少一个可以順利到达目的地。

有人太空船[编辑]

世代飛船[编辑]

世代飛船是一种星际方舟,到达目的地人類將是那些开始星際旅行的人類后裔。因为规模巨大、生物和社会学的问题,建造世代飛船目前并不可行。

冬眠飛船[编辑]

科学家和作家已經提出各种暫停生命技术,包括人类冬眠人體冷凍技術。這些技術提供飛船可以持续长時間星際旅行的可能性。

冷凍胚胎[编辑]

机器人携带冻结早期人类胚胎是另一种可能性的星際旅行。太空殖民需要人造子宫,適合人類居住的类地行星,教育机器人将會把人类傳承下去。

推進系統[编辑]

核脈衝推進[编辑]

核脈衝推進太空船

核脈衝推進使用核爆做推力的技術。最早提出的計畫是DARPA的「獵戶座計劃」,1957年由斯塔尼斯拉夫·馬爾欽·烏拉姆提議。以慣性約束聚變為起點的新提議有著名代達羅斯計劃和Project Longshot。

核聚變火箭[编辑]

核融合火箭是一種以核融合能量作為推動力的火箭。它能夠提供有效率且長程的太空推進力從而減少大量的燃料攜帶量。在未來更複雜的磁性限制以及防止電漿不穩的控制方法問世後,較小的輕型核融合反應爐就有可能發明出來。慣性局限融合技術可以成為輕量化且有力的替代選擇。

對於太空航行來說,核融合推進主要的優點是它有極高的比衝量,主要的可能缺點則是反應爐龐大的質量。然而,核融合火箭會產生比核分裂火箭更少的放射線因此可以減少防護盾的需求。

反物質推進[编辑]

反物质火箭

反物质火箭将其他任何火箭提供更高的能量密度和比冲。如果可以發明高效的反物质生产方法,並安全存储,反物质火箭理论上可能达到光速的數十%。反物质推进可以讓太空船以極高速度(光速的90%)前進,如此一來相对论導致的时间扩张将变得更明显。

生产和储存反物质应该可行。但是反物质湮灭將损失大部分能量,產生高能伽玛射线,特别是中微子

阿庫別瑞引擎[编辑]

阿庫別瑞引擎曲速引擎是一項推敲性的時空數學模型,可以仿造出科幻星际旅行裡的作為跨星際的超光速航行的工具。

阿庫別瑞引擎遵守廣義相對論愛因斯坦方程式,在這範疇下建立出一項特別的時空度規物理學家米給爾·阿庫別瑞於1994年提出了波動方式展延空間,導致航行器(簡稱為「船」)前方的空間收縮而後方的空間擴張,前後所連成的軸向即為船想要航行的方向。船在一個區間內乘著波動前進,這區間稱為「曲速泡」,是一段平直時空。既然船在泡泡內並不真的在移動,而是由泡泡帶著船走,廣義相對論中對於物體速度不可超過局域光速的限制就派不上用場。雖然阿庫別瑞提出的度規在數學上是可行的(符合愛因斯坦的場域等式),但其計算結果可能沒有物理學上的意義,也不一定表示真的能夠建造這種裝置。阿庫別瑞引擎的假想機制暗示了負的能量密度,因此需要奇異物質才能使用。所以如果正確性質的奇異物質並不存在,則阿庫別瑞引擎就不能被建造出來。然而,在當初發表的論文上,[2]阿庫別瑞聲稱(接著一段物理學家分析蟲洞旅行的論述之後[3][4])兩個平行的板子之間產生的卡西米爾真空可以滿足阿庫別瑞引擎的負能量需求。另一個問題是雖然阿庫別瑞度規沒有違反廣義相對論,但廣義相對論並沒有包含量子力學的機制。一些科學家因此認為,阿庫別瑞引擎理論上允許回到過去的時間旅行,雖然廣義相對論理論上也允許回到過去的時間旅行,但結合了量子力學和廣義相對論的量子重力理論指出這種時間旅行是不可能的(見時序保護猜想),因此他們否定阿庫別瑞引擎的可能性。

巴薩德衝壓發動機[编辑]

艺术家所构想出的巴萨德推进器,其核心是一个冲压发动机,而周围一英里存在一个无形的电磁场

巴萨德冲压发动机是1960年代物理学家罗伯特·巴萨德英语Robert W. Bussard(Robert W. Bussard)所构想的一种理论航天器推进設計。

这种推进器是一种核聚变冲压发动机,它利用巨大的磁场(直徑從數公里至數千公里不等)作为漏斗来收集並壓縮星际物质中的,飛行器的高速將待反應物質強迫推入磁場中,直到壓縮的程度到達足以發生核聚变。物質轉變之後產生的巨大能量透過磁場導引至發動機的排氣方向(其方向與預計的行進方向顛倒),並透過反作用力的原理推進飛行器加速前進,而達到星際飛行的目的。

太陽帆[编辑]

太陽帆構想圖

太陽帆使用巨大的薄膜鏡片,以太陽輻射壓做為太空船推進力輻射壓不僅非常小,而且與太陽距離的平方成反比,但不同於火箭的是,太陽帆不需要燃料。推進力雖然很小,但是只要太陽繼續照耀著,太陽帆就能繼續運作。

太陽能集熱器、溫度控制面板和陽光下的樹蔭都可以視為特殊的太陽帆,太陽帆可以幫助在軌道上的太空船調整飛行姿態或是對軌道做少量的修正而無須耗費燃料。

蟲洞[编辑]

蟲洞可以連接兩個宇宙,產生愛因斯坦—羅森橋。如果將太空船沿著旋轉黑洞的旋轉軸心發射進入,原則上可能可以熬過中心的重力場,並進入鏡射宇宙。如此一來,愛因斯坦—羅森橋就如同連接時空兩個區域的通道,也就是蟲洞。


参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 江晓原; 穆蕴秋. 科学与幻想:一种新科学史的可能性. 上海交通大学学报. 2012, 20 (2). 
  2. ^ Alcubierre, Miguel. The warp drive: hyper-fast travel within general relativity. Classical and Quantum Gravity. 1994, 11 (5): L73–L77. arXiv:gr-qc/0009013. Bibcode:1994CQGra..11L..73A. doi:10.1088/0264-9381/11/5/001. 
  3. ^ Thorne, Kip; Michael Morris; Ulvi Yurtsever. Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition (PDF). Physical Review Letters. 1988, 61 (13): 1446–1449. Bibcode:1988PhRvL..61.1446M. doi:10.1103/PhysRevLett.61.1446. PMID 10038800. 
  4. ^ See The Alcubierre Warp Drive by John G. Cramer, where Cramer notes that "Alcubierre, following the lead of wormhole theorists, argues that quantum field theory permits the existence of regions of negative energy density under special circumstances, and cites the Casimir effect as an example."

外部連結[编辑]