从物理层面科学推理,人类在一千年内能否实现恒星际旅行?

如题所述


航行和旅行一字之差,造成的结果却是天壤之别。本来按照人类现在的 科技 发展速度,恒星际航行并不是一个非常难以实现的目标,但如果变成旅行,那就无限复杂了。我个人认为,要在1000年的时间内实现恒星际“旅行”不能说绝对不可能,但难度实在是太大了。

第一个问题:恒星际旅行的特点是什么?

从银河系的整体而言,恒星之间的分布距离大约在4光年左右,从理论上人类只要能够在50年的时间里到达另一个星系,也就是飞船的速度能够达到光速的8%,加上必要的冬眠辅助技术,就能被视作是具备了现实上的星际航行能力。无论是进行星际采矿、星际移民、还是开拓殖民地都有了直接的可行性。

但恒星际旅行就不一样了,对一般人而言,旅行的时间都控制在半年之内,不可能用50年的时间去一个地方旅行,再用50年的时间返回地球?即便是飞船的速度能够无限地接近光速,接近传统物理的极限,能够用8-10年的时间做一次恒星际旅行,大多数人也不太可能进行这样的旅行。所以,只有人类现行的物理体系实现质的突破,能将飞船的航速提升到光速的32——64倍以上,才能真正实现恒星际旅行的目标。

第二个问题:在现行的物理框架之内,哪些技术可能实现恒星际旅行?

在现行的物理框架之内,能够将飞船事实上的航速提升到32-64倍以上光速的方法主要有这么两种:

第一、曲速飞船方案: 也就是空间弯曲的方案,这是最常见的超光速飞船方案。它的大致技术原理是,由于空间存在曲率的特性,在不违反相对论的基础上,不改变飞船的速度的情况下,通过对空间进行弯曲,以使飞船在单位时间内,事实上跨越光速或者光速以上的空间。

第二、虫洞方案: 也叫爱因斯坦罗森桥,和曲速飞船方案相比,这是更剧烈的一种空间弯曲方案,一般称为空间折叠。它的大致原理是通过对宇宙空间进行折叠,在宇宙中相距数十光年或者数百光年的两个点之间,打通一个更近的通道,从而使飞船在更短的时间内跨越更远的空间。如果要打一个比较直观的比方就是,通过对一张纸进行折叠,使纸上原本相距很远的两个点接近重合,这样就会大大缩减到达两个点的时间。

最后需要说明的是,虽然在很多科幻小说中出现了黑洞穿梭、量子瞬移、冰冻时间的方案。但这些方案和曲速飞船、虫洞方案最大的不同在于,空间曲率在今天已经经过严肃的科学证实,所以从理论上空间弯曲和折叠是可能的。但通过黑洞进行时空穿梭,或者把人分解成基本粒子,运用量子超光速感应的特性实现异地重建;以及通过把空间的温度降至接近绝对零度使时间停滞的方案。要么未经严肃的科学检验;要么不符合当前已知的科学理论,因此暂不考虑在内。

第三个问题:从物理层面科学推理,人类在一千年内能否实现恒星际旅行?

这是一个非常难以回答的问题,因为以上两种方案虽然仍在现行的物理框架之内,并没有超越相对论的范畴,但和今天主流的反推作用力飞船相比,需要增加数以万亿倍的能量投入。美国的两位科学家经过计算,曾认为需要投入整个太阳系的能量才可能通过时空折叠推动一个原子前进。所以从正常情况而言,人类要想在1000年的时间里要想获得如此高的能量,几乎做不到。

但同时我们也应该看到,人类的 科技 往往呈非线性发展,基础理论一旦获得突破,将会带来翻天覆地的改变。18世纪的人也不可能相信人类会制造出火箭登陆月球,观测太阳。人类在今天已经像一个懵懂的少年一样,已经初步踏入量子科学的大门,量子 科技 还有我们很多的未知。如果在某一天它能给我们带来一份意想不到的礼物,或许现行的物理框架就会在一夜之间坍塌,传统反作用力推进方案对人类光速的束缚在一夜之间被打破,也不是没有可能。

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人类在一千年内能否实现恒星际旅行?

地球人类估计在一千年之内实现星际旅行不太可能。按照俄罗斯天文学家尼古拉.卡尔达肖夫于1964年提出的寻找外星文明的分类来看似乎不可能。

Ⅰ型文明利用投向行星的所有阳光。

Ⅱ型文明利用其恒星产生的所有能量。

Ⅲ型文明利用整个星系的能量。

通过上面的简单的方法,科学家喜欢对未知的事物可以进行量化。根据能量的使用对星系的依赖程度来细分,Ⅰ型文明能利用太阳光的7 10¹⁷瓦能量,这大约是今天地球上的输出的10万倍。太阳的能量有多少比例投向地球,将其太阳的表面积乘以系数得到总能量输出大概是4 10²⁶瓦。这就告诉我们Ⅱ型文明大约可以利用多少能量。而Ⅲ型文明的能量消耗数字大约为4 10³⁷瓦。

在所有的转变中,最困难的就是从0型文明到Ⅰ型文明的转变。

纵观世界 历史 ,人类最大的杀手不是战争,而是瘟疫和传染病。不幸的是可能有些国家已经秘密储存了一些致命的疾病病毒,比如天花。利用生物技术,这些疾病将成为武器并形成威胁。还有一种危险,有人可以通过生物工程、利用现有疾病,如埃博拉病毒、艾滋病病毒、 禽流感病毒等,制造出末日武器。这种武器会使这些疾病更加致命, 或者使其传播变得更快更容易。

如果未来我们冒险去其他星球,也许会发现已经消逝的文明的灰烬; 那些行星的大气具有高放射性,失控的温室效应使那里变得过热,或者是因为它们使用了先进的生物技术武器,行星上的城市都空荡荡 的。因此,从0型到1型文明的转变并不一定会发生,事实上它只是代表了一个新兴文明所面临的最大挑战。

Ⅰ型文明的能源一个关键的问题是,1型文明能否过渡到使用化石燃料之外的能源。

一种可能性是利用铀的核能。但是,用于常规核反应堆的铀燃料 会产生大量的核废料,它们在数百万年的时间里都具有放射性。即使在经进一个核时代50年的今天,我们仍然没有安全储存高辐射核废料的方法。

虽然人类是一个诞生在地球上的种族,但是人类从来没有停下 探索 外太空的计划。50亿年之后太阳会膨胀到地球轨道,那时候地球的环境将变得不适合人类居住。所以我们地球人类迟早要离开的。

下面我们来探讨一下人类什么时候才能进行星际旅行?宇宙中有数以千亿的恒星,具有类地环境的星球也不在少数。只要行星位于宜居带,那么它就有被改造的潜力,距离地球人类我们最近的恒星是比邻星,它具有两颗行星,但即使是比邻星它距离我们的距离也足足有4.2光年。

目前人类的 科技 水平还不足以进行如此漫长的航行,因为其实我们乘坐最快的火箭,仍然需要113,000年才能够到达比邻星。假设我们建造一艘十分巨大的宇宙飞船,然后在航行的过程中利用太阳的引力进行加速,速度达到每小时几百万英里,我们仍然需要6600年才能到达比邻星。

接下来我们再来看看光速,光粒子是宇宙中少数能够达到光速的物质,但是有质量的宇宙飞船是不可能达到光速的,因为这违背物理定律,一旦飞船达到光速,飞船的质量就会变得无穷大。

即使我们有能力达到光速,遨游宇宙好像还远远不够,因为宇宙中的星系距离,我们动辄就是上百光年、上千光年。最后我们再来看看操纵空间的技术,曲率驱动技术,飞船飞行的时候会不断的将前面的时空压缩,然后扩展到后面去,从而实现时空跳跃,打破光速不可超越的神话。通过不断的压缩时空,扭曲时空,我们甚至可以以光速的数倍航行。不过曲率驱动航行需要巨大的能量,大概需要一整个木星的能量。而地球人类目前只有0.71级文明,还不能完整利用整个地球的能量。

当人类变成2级文明,人类就能够利用整个恒星系的能量了,到那个时候我们才能真正的进行星际航行。这个过程可能需要几百年,有可能需要上千年上万年。

从目前 科技 发展速度看,未来300年内可以实现星际旅行,飞出太阳系到达人类的起源地天狼星

1977.9.5美国发射的旅行者一号,经过44年飞行,已经距离地球211亿公里,飞出了太阳系,旅行者一号经过木星、土星引力加速,速度最快达到34公里每秒,逐步下降到17公里每秒,这是人类发射的最远星际穿越者。

星际旅行取决于所在星系的逃逸速度,地球的逃逸速度11.7公里/秒,太阳系逃逸速度42.1公里/秒,星河系逃逸速度 120公里/秒,这个速度可以飞出太阳系,但到达天狼星要花费100万年。

天狼星距离地球8.6光年,即飞船达到光速也需要漫长的旅途,所以要实现星际穿越必须超越光速,实现空间转移,这种飞行需要巨大的能量推进。

地球空间战经常拍摄到高速飞行的UFO,能被拍摄到说明速度不够快、也许处于启动模式,准备进行空间转移。

目前人类在研发曲速引擎,以期实现星际旅行,这种引擎仍然无法扭曲空间,完成时空飘移,突破光速必须得把自身质量降到零点,进行无重力加速才能超越光速,只能利用核聚变反应提供电力、驱动引擎产生超级磁场实现空间飘移,否则没有动力源,只能被冰封在宇宙空间,成为宇宙路标!

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