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曲速飞船的原理

曲速飞船的原理

星际旅行”中设定了Warp Drive标准,其中Warp 1等于光速,之后每提高一个数量级,速度都以指数的形式提高。早期的标准可以达到warp 14.6。后来的设定把warp 10当作极限,而且是只能接近但无法达到的极限,就象我们平常说光速是极限,而且是只能接近无法达到的极限一样。



设定中,warp 1等于1c(c表示光速),warp 2等于10.079c……到warp 5是213.75c……warp 9是1516.4c。而warp 9.9999则是199516c,也就是59,813,392,050.3公里。以warp 9的速度穿越太阳系只要26秒,到比邻星1.2天;倘若达到warp 9.9999,那么用0.2秒就可以穿越太阳系,12.8分钟到达比邻星,6个月可以穿越整个银河系,到仙女座星系只要10年(对比起来光需要跑200万年才行)。设定是很美妙的,但这里要探讨的是理论上的可行性。



支持超光速概念的学者认为,尽管爱因斯坦在狭义相对论中已经证明了没有具有质量的物体能超越光速运动,但没提到时空(spacetime),而Warp Drive这种方式就是利用空间本身来产生加速度。飞船是在一小片时空中运动,而我们知道对于这一小片时空本身的运动速度是没有限制的。按照我的理解即是,如果飞船不能超光速,就干脆把三维的飞船放入一个四维的空间,让这个四维的空间超光速运动好了。支持者认为,既然有证据表明在大爆炸的时候时空是以比光速更快的速度扩张的,我们为什么不能也让时空比光速更快呢。而且,我们还可以让飞船在这小片时空中运动,就如同我们在急驰的火车上向前进方向行进,可以运动得更快。



我们如何操纵时空以利用空间本身产生加速度?支持者提出的基本理论就是引力和电磁力的关系。根据广义相对论(虽然许多民科攻击广义相对论,但至少到目前为止还看不出来它是错误的),这两种基本的力存在着联系,以简单的方式表达,就是引力场可以弯曲和红移光线(以引力场和电磁场比较),熟悉相对论的人都知道这是被实验证明了的东西。



下一步,他们提出如果我们能够熟练操纵电磁场(当然是在目前的基础上进一步了解的情况下),我们就可以利用电磁场来控制引力场和惯性系,然后就可以用于加速,为飞船产生一个自己的领域。



利用一个场来操纵另外一个场不是什么新鲜事,我们人类天天都在利用电场来产生磁场或者反过来利用磁场产生电场。但目前为止引力场对电磁场的影响是知道的,反过来电磁场对引力场/惯性系的影响可不了解。如果他们的其他理论是正确的,我们也首先要证明这个理论基础,了解两种力之间的根本关系,这需要的是理论物理学的突破才行,比如统一场论的最终解决。



我们在Warp Drive中另外遇到的一个问题是如何不违背动量守衡定律(conservation of momentum),就是如何对空间本身施加反作用力。如果能的话,那么解释可能是引力场本身具有自己的能量和动能。或者存在暗物质来提供反应的基础,或者是后面要提到的零点能。这就是让Warp Drive在理论上合理所要先解决的问题。



另外一种进行Warp Drive的理论利用到了负质量(negative mass)、负能量(negative energy),并设定存在负惯性(negative inertia)。



负能量这个概念大概在上世纪50年代末就有了,但是否能存在这样的现象,经典物理学家认为不可能,量子物理学家认为存在可能性。有人认为它和虫洞之间有联系,有关虫洞的问题我在后面讲。



而有了负质量这个概念,则可以把正负质量挨着放到一起,并对两个质量进行持续加速,这就会既符合动量守衡也符合能量守衡。倘若负质量的确存在而且我们有获取和操纵它的手段,那么就可以用来进行Warp Drive。利用电磁力来控制引力就可以通过人工制造负质量进行。
负质量是关键,无论是动量还是动能,质量都是一次方,也就是说,他可以保留对动量动能的正负特性.
但问题是,如何使你的正负质量都有一个速度呢???
按地球上的做法铁定是不行的.
mv+(-m)v=0,那个这v从哪里得到这个初速度??
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