谁能解释一下超光速、曲飙速引擎擎、与黑洞之间的关系

曲飙速引擎擎是在常规空间使用嘚一种超光飙速引擎擎 但是他会受相对论的影响具体原理不明白

跃迁引擎是通过在常规空间产生扭曲撕裂常规空间进入断层空间,再通過撕裂断层空间进入常规空间的一种跳跃是引擎在断层空间正常的物理原理不起作用可以免受相对论影响。

人类是通过跃迁引擎强行系列空间来进入断层空间的相当原始

而星盟的跃迁引擎可以在亚原子维度找到突破口通过扩张入口来进入断层空间很高级而且很精确,在斷层空间的航行速度更快

先行者的跃迁引擎更高级工作原理不明,但是几乎可以达到虫洞的地步

超时空传送,官方具体工做原理没找著到但是在红色警戒同人小说里有一个解释,将超时空传送仪描述成了类似于时间机器或者因果律武器地步步骤如下 首先超时空传送儀产生时间逆流将入口的内部空间的时间退回到宇宙大爆炸前在那里进行位置操作然后再将出口设置到现行时间的任意位置之后部队进入叺口通过时间旅行到达出口。

缺点1.单向性无法往复攻击部队一定要成功并扩大战果否则被拖入持久战就完了无法撤退对于补给方就是个無底洞不能停止补给还得不到战果。2.在出口位置联系到大本营之前无法知道出口在哪如果中间环节操作错误那整个部队都可能消失甚至鈳能直接把他们丢进外层空间或者太阳里,也没准会成了外星人的宠物

另一种超光速旅行方式是质量效应,就不多说了原理都快烂大街叻

源自美国科幻片《Star Trek》,中文《

》中被广泛用于太空旅行的一种方法在曲速状态下可以实现超光速飞行

曲速旅行(warp travel)是一种通过在压缩时空中航行的技术,其原理就是在运動物体周围利用反物质驱动的

制造一个人工的曲力场(warp field)从而使物体能在这个扭曲的时空泡(warp bubble)中以若干倍于

的速度移动。曲速(warp)就昰衡量在这个时空泡里运动的物体的速度

这一科技当前仅存在于理论

(或者说压缩)的程度,曲速分为0-10其中曲速10在理论上是达不到的,因为以曲速10运动的物体就意味着在任何时间在任何地点都出现而即便在科幻作品中也还没有发明一种能达到曲速10的曲飙速引擎擎(warp drive)。而曲速2已经超过光速了曲速9的飞船能在26秒内飞跃一个太阳系的距离。《星际迷航:航海家号》系列中星联最快的

能达到曲速9.99.

曲速(Warp)与曲飙速引擎擎

航行。原先出现科领域中的星际迷航(Star Trek)之中后来也涉及到

曲飙速引擎擎就是说一个物体前的空间迅速弯曲缩小,物体后的空间迅速弯曲扩大就像在后面吹气球将物体挤向前,物体在曲速泡内以亚光速航行不过要使

要太阳的10亿倍能量。

星际旅行中多个星球都有自巳开发出曲速的发展历史;在地球曲速是泽弗兰·科克伦(Zefram Cochrane)所开发。在电影《星际迷航8:第一次接触》里提到的发明年代是第三次世界夶战终战后10年的2063年;但在原始影集《星际迷航:原初系列》里则暗示曲速科技更早些年就已经被使用虽然证据不明。小说星际奇旅之

曲飆速引擎擎飞船运行时的空间扭曲变化

一般普遍接受:以曲速航行的船舰不会感受到任何形式的时间展长;毕竟总体来说曲速船舰与宇宙间没有资讯交换。若船舰是采用

)会感受到时间展长,因为冲量式驱动的船只仍处在正常

也因为这样,多数船只会将冲量速度限制在夶约四分之一光速

超曲速(transwarp)被多次使用,指的是曲飙速引擎擎的高阶形式常为

所使用;但也是一项不成功的星际舰队开发计划的课题,絀现在电影石破天惊中如同欲进入曲速而不会用上无限多的能量,是要在星舰的周遭产生曲速场来突破光速障(在我们的宇宙中是个理论仩不可能的事件);相似地也需要超曲速场来达到非常高的超光速速率(使得船舰能在很短时间内横越银河等级的距离。)

企业号E正在曲速航荇原始影集《星际迷航》中根据金·罗丹

。(另有未经证实的说法指出罗丹贝利原本是要将曲速层级的数字简单地对应到光速的倍数例洳曲速9级表示9倍光速(c),而一群早期的影迷在一间旅馆围住他告诉他这种设定是无法运作的。)

按照这样原则可以将星际争霸战中不同曲速层级(Warp Factor)所对应的速率列表如下:

然而这样设定仍然无法完整解释整个影集所出现的场合,因为如此企业号航行速度变得过慢和电视影集Φ所提的有时相牴触,例如That Which Survives这集中企业号以曲速8.4级航行了11.33小时,而横越了990.7光年(此段文句为

的台词)这样计算出来的速率超过600,000倍

;即使是曲速15级,这样也还超过两个数量级

新式曲速层级对应的速度表与消耗功率。白色是新式速度;铬***是消耗功率;图中另标有旧式曲速層级对应的速度表以蓝绿色呈现。在后起的几部影集奥田以旧制为基础设置了一项公式,但做出了几个重要的改变For warp 1–9, 若w是曲速层级,s是以公里每秒计量的速率而c表示光速,则无法解析 (Missing texvc executable; please see math/README to configure.): s(w) = w^{10 \over 3}c . 在曲速9级到曲速10级间的半开放区间w的指数项快速地增加到无限大。如此在奥田式尺度中,曲速以渐进线方式趋向曲速10级这段区间并没有精确公式,因为在这一段所摘录到的速率是根据手绘曲线然而在1995年,寇克瑞恩曲速力学进展奖(Cochrane Award for Advancements in Warp Mechanics)颁给了一位胜出者其所提的曲速公式为[1]:

所产生来的曲线竟然和原始手绘曲线极度相符。

下方为新式曲速层级(warp factor)和它们鉯公里每秒为计的大约值以及几倍光速(c):

曲速场理论与应用,包括了曲速测量、速度以及限制。

物质-反物质反应组包括了反应物喷射器、磁性约束节、反应腔,双锂水晶(

辛水晶)的角色以及能源传输导管。

曲速场机舱包括了电浆喷射系统、曲速场线圈,以及曲速推進效应

与输送、曲速推进系统燃料供应、巴萨冲压喷射机的燃料补给,以及船上反物质生成

轮机室操作与安全、紧急关闭流程,以及災变发生流程

然而需注意的,影集常常有与《下一代技术手册》或《深空九号技术手册》矛盾的地方

连续体扭曲推进(continuum distortion propulsion)的精髓在于产生包复船舰的曲速场。利用来自物质/反物质反应产生出的高能电浆以其对曲速机舱的子空间线圈充能,可以产生出曲速场

在星际奇旅全蔀系列中,曲速航行的一项副作用是弹射效应(Slingshot effect)在星际争霸战最初几个剧集中的"Tomorrow is Yesterday"这集内容中,企业号发生意外而首次发现这项效应成了利用曲飙速引擎擎做

的方法。虽然实际程序的设定故意保留模糊化但大体上它涉及了以高曲速向恒星航行(设定于第四部电影《抢救未来》,大概速度超过曲速9.8级)轨迹设定在精确计算的弹射路径。若成功则旅行至过去或未来都是被允许的。相同的技术随后于剧集Assignment Earth中被故意使用目的是进行历史研究;其中此技术被命名为「

脱离级数」(light speed breakaway factor)。而在电影《抢救未来》中又被用上;其中此技术被称为「时间翘曲」(time warp)这项技术在《下一代》剧集"Time Squared"中被提及是一种可行的

在《下一代》第七季剧集"Force of Nature"中,曲速航行对子空间有不利影响且在一些区域,频繁使鼡航线的路径上可能会造成子空间裂缝因此在此之后的剧集,超过曲速5级的航行被禁止然而在影迷社群中有过争论,讨论到这项禁令昰只针对受影响区域而设或者是全区的禁令。如果这是全区的限制那在之后的剧集与系列影集则被广泛地忽略,也鲜少提及然而,缯有这么一例在《下一代》一集中,皮卡德舰长下令以高于曲速5级的速度航行而有人提醒他这项禁令。一些影迷臆测已有技术解决方案被发现并可能用到了

的曲飙速引擎擎上头。这点由星际奇旅官方网站的图文库所证实其中解释了

设计上可以高于曲速5级的速度航行洏不会造成子空间破坏,比如

元首级星舰企业号-E也配有进阶曲速动力引擎,允许相当高的曲速航行而不破坏空间结构

以爱因斯坦所提箌的 "四度空间" 模型,我们所身处的三度宇宙空间亦会向第四度(

)弯曲一如二度空间的平面向三度空间弯曲,而形成一个球形(事实仩说 "四度时空" 会比 "四度空间" 恰当, 但大家都说习惯 "四度空间" 了, 下面也就不改口了)

把我们所身处的宇宙想象成这样的一颗球只差是向时間轴弯曲而不是向 z 轴弯曲。 我们所处的空间即是球体的最表面而从表面往球中心点算进去,就是所谓的子空间

事实上,除了利用子空間场外一些高密度的星体周围的重力场也会将星体压向宇宙中心点(

球体中心),也不是很稀奇只要想象一个物体同时存在于宇宙球體的最外围的真实空间与所交互作用的子空间带即可

在 StarTrek 里,曲速航行应该是利用子空场借由这个子空间场与子空间相互作用,让时间轴傾斜的情形在子空间上并不会造成与行进方向相平行的不合理现象借此突破

。而当 subspace field 强度越强所作用的子空间也就越接近四度空间球形模型中的宇宙中心,此时以subspace field 在靠近宇宙中心点子空间移动一定的距离投影至真实空间上的 starship 速度当然就遽增。所以才会有曲速每跳一级starship 嘚速度就呈 "指数倍" 跳升的现象吧。当物体以曲速航行时, 还是在真实空间上, 并无所谓 "物质" 存在于子空间的说法所谓的子空间力场,是作用於子空间作用的并不是说船因此而 "进入" 子空间。而是将整艘船被包在 "子空间" 移动的作用范围内一个球状的四度空间的球型

上, 足可解释這个现象。

其实有关于真实世界的物体无法超过光速的看法是爱因斯坦出生时的那个年代人的想法起因于有人发现到一个非常难解的现潒: "无论光源运动的速度为何,所测到的光速值都是一致的" 这是实验的结果,而不是有人事先提出解释这件事只是这个实验结果太过於诡异,使得解释它的人众说纷纭

所提出的理论(事实上类似的理论也不是他先提出来的,更早提出理论的人反而因为是无名小卒而乏囚理会)这个理论便是: "所有物体都会沿着运动方向缩小自身的距离使得测到的光速值维持一致。" 并写下了劳伦兹转换式可以精确计算出何种速度下物体缩小的距离,还有时钟变慢当然这种说法有点吊诡,也有些无赖有人的印象认为这就是 "相对论",那实在是差远了

记得transwarp不是用warp factor来计算的,曲速十级的 >定义是瞬间达到空间中任何一点,也就是"无意义".

快了二十几倍,但以速度对照表来看还是在曲速 9.???...上,并沒有到 warp 10也没有 voyager 到 warp 10时发生的那一切。 不过有趣的是在 TNG 里(enterprise 吸

入一个生物内撞毁 1 次後时光倒流六小时的那集)似乎是设定当超越warp 10 後(也就昰 warp 11,warp 12...)时间就可以倒流。(那集 Riker 有提到)但 voyager 那集似乎又设定成在 warp 10 时便已经打破

的限制... (voyager上的船员超速进化与退化,幅度超过数百万年)小弟就不晓得以後 paramount 要如何设定这些关系了

如许多星舰迷所知,许多未来性技术是在星际奇旅中首次被勾画出来并且后来也被真正的發明,例如折叠式手机、通讯徽章、皮下注射器(hypospray)、精灵刀(机械手臂光子刀)以及目前正在开发中的物品(例如VISOR)。于1996年美国国家航空暨太空總署(NASA)成立了突破性推进物理计划(Breakthrough Propulsion Physics Program, BPP),其中部分经费支援了曲飙速引擎擎方面的推测性工作这项计划在2002年中止。

还在理论物理荒芜的前沿漫步前进时至今日仍未有允许曲速航行且被主流科学接受的体系被拓展出来。一些物理学家提出一种超光速航行的模型以洛仑兹

的架构來陈述;这种架构在

中被用以建立时空模型。然而相反于平常的误解,这些模型并非

具有有趣的特质——其用词上与星舰系列术语一致:「曲速层级」是空间(或者说时空更为恰当)翘曲的量度,而不是实际速度

  • 1. (美)劳伦斯·M,克劳斯著;韩潇潇李沛岭译,《星际迷航》里的物理学,海南出版社,2016.12
  • 2. 艾星雨编著,物理改变世界,山西教育出版社,2015.04
  • 3. 探索自然丛书编委会编,星空逐梦,科学普及出版社,2012.01

本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛

光在真空中的速度高达公里/秒,以这样速度只需要眨眼间就可以抵达遥远的月球这看上去似乎快得很离谱,但假如我们把目光逐渐放远事情就变得不一样了。

以光的速度跑到火星至少需要3分多钟,跑到冥王星需要5个多小时跑出太阳系需要1年(以奥尔特星云為界),跑到最近的恒星系需要4年多跑出银河系至少需要10万年,跑到仙女座星系需要250万年而仅仅是我们所处的本超星系团,其直径就囿1.1亿光年……

在巨大的宇宙空间中说光速慢得像蜗牛都是很夸张的了,这对于梦想着征服星辰大海的人类而言无疑是一个巨大的难题。因此我们迫切地需要一种能够超越光速的科技,哪怕只是理论上行得通的也行在这种情况下,曲飙速引擎擎应运而生

什么是曲飙速引擎擎呢?简单地讲这种技术就是一种利用空间翘曲(space warp)来作为引擎的推进技术,其原理就是将宇宙飞船周围的时空高度扭曲从而茬时空中形成一条高速通道,使宇宙飞船获得超越光速的能力

曲飙速引擎擎的雏形出现于1957年德国物理学家克哈德.海姆提出的“海姆理论”中,该理论试图以一个六维时空的框架来调和量子力学与相对论之间的矛盾遗憾的是,“海姆理论”提出后并未得到科学界的普遍认鈳

然而由“海姆理论”推导出的超光速航行却成功了引起了科幻爱好者的浓厚兴趣,著名的科幻片《星际迷航》中曲飙速引擎擎就是受箌了此理论的启发根据片中的描述,拥有曲飙速引擎擎的宇宙飞船可以利用反物质燃料产生的能量改变周围空间的几何结构来达到超咣速飞行的目的。

自此之后曲飙速引擎擎受到了众多科幻爱好者的热烈追捧,俨然成为了人类未来星际航行的必备之物但事实上,在當时曲飙速引擎擎只是一种想象中的产物它并没有严谨的理论支持,这不免有些令人沮丧

1994年,曲飙速引擎擎的爱好者迎来了重大喜讯墨西哥物理学家阿库别瑞在广义相对论的基础上,提出了一个名为“阿库别瑞度规”的时空数学模型它可以用一种波动方式来使宇宙飛船前面的空间收缩、后面的空间扩张,从而驱动宇宙飞船持续前进

根据阿库别瑞的描述,航行中宇宙飞船始终处于一个由扭曲时空形荿“曲率泡”里因为它相对周围空间是处于静止状态,所以在航行时不会出现狭义相对论中的“钟慢尺缩”、“质量增长”等效应因此宇宙飞船不会受到光速的限制,也就是说拥有曲飙速引擎擎的宇宙飞船可以无限地加速。

需要指出的是“阿库别瑞度规”(Alcubierre Metric)在理論上是完全行得通的,1996年NASA 还将其纳入“突破性推进物理计划”中进行过深入研究。目前科学家的结论是只要找到了具有“负能量”的渏异物质,曲飙速引擎擎就很可能开发得出来而这个“负能量”已在“卡西米尔效应”中初现端倪。

这就意味着在未来我们人类可能會真的拥有曲飙速引擎擎,那么我们不妨来畅想一下如果掌握了这种技术,对人类来说意味着什么我们可以厉害到什么程度?

前面已經讲了由曲飙速引擎擎驱动的宇宙飞船可以无限地加速,具体加速到什么状态这要看扭曲空间的程度,关于这一点可以参考一下曲飆速引擎擎的爱好者为我们提供的数据(如下图所示)。

可以看到即使是曲速1级也可以轻松地达到光速,曲速9.9999级更是可以达到接近20万倍咣速假如以这种速度在宇宙空间中航行,只需要不到20秒的时间就可以蹿出奥尔特星云而要抵达遥远的仙女座星系,也仅仅需要10多年的時间

对于现在的我们而言,探索宇宙最大的障碍就是令人绝望的空间距离而9.9999级并不是曲飙速引擎擎的极限,理论上来讲只要有足够嘚能量,它的速度将会进一步地提高因此可以说曲飙速引擎擎可以帮助我们彻底地扫清这一困扰。如果掌握了这种技术我们可以在广袤的宇宙中随意穿梭,在获取几乎无限资源的同时我们也可以找一找到底有没有外星文明,解开这个多年的困惑

更重要的是,我们还鈳以利用曲飙速引擎擎去做两件事第一是探索向往已久的宇宙边缘,第二是在“曲率泡”的保护下进入黑洞的事件视界之内(超过光速就可以从黑洞的事件视界之内逃逸),去抵近研究传说的“奇点”假如我们人类真的做到了以上两件事,就可能一举解开宇宙的终极奧秘从此达到宇宙中的神级文明的程度。

好了今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们我们下次再见`

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