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1 # 刁博
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2 # 講科學堂
在上世紀20年代,磁懸浮列車就已被德國工程師發明出來,並取得了專利。在1984年,英國伯明翰磁浮列車就投入了商業運營,只是這條線路技術還不成熟,執行速度較慢,在執行19年後,於2003年拆除。目前仍在商業執行的高速磁懸浮列車只有上海的這條全長約30千米的實驗線。
圖:上海磁懸浮示範運營線
磁懸浮列車是利用電磁的吸引力(德國技術)或者排斥力(日本技術)使列車懸浮起來的技術。從物理學原理上講磁懸浮技術非常簡單,只是實現起來的技術較難,而且運營成本太高。
作為四種基本相互作用力之一的電磁力是相當強大的,在同樣的數量級裡,它比引力強大10∧37倍,舉起一列列車是容易的。萬有引力只有相互吸引的能力,沒有排斥力。而利用最為弱小的萬有引力吸引起一列列車來,需要在列車頭頂放一個地球這麼重的物體,且還要保持這個地球質量大小的物體不與地球相撞,這是不可能實現的。
圖:廣義相對論中的引力,它是質量彎曲時空的結果圖:經典物理學裡的引力,它是具有質量的物體的固有屬性
在經典物理學和相對論裡,是不可能利用萬有引力使物體懸浮起來的,除非有負質量。但在量子力學中,引力被認為是物質交換引力子的結果。如果能夠排斥掉引力子,就有可能實現反重力飛行。但是,引力子至今都還只是一個猜測,沒有任何實驗發現它的存在。
所以,從目前的科學實踐來看,引力是無法使列車懸浮起來的。
磁鐵有兩極,同極相互排斥,異極相互吸引。磁懸浮列車就是根據同名磁極相互排斥的原理將列車懸浮於軌道之上,從而大大減小了列車與軌道之間的摩擦阻力,使得列車能夠高速行駛。
萬有引力和電磁力雖然有一些相似的地方,但畢竟還是兩種不同的力,兩者有一個非常明顯的區別,那就是電磁力能夠相互排斥,而萬有引力只能相互吸引,尚未發現反重力或引力相互排斥的現象。在一些文學作品或野雞雜誌上經常看到的什麼外星飛行器能夠實現反重力飛行,那是忽悠小孩的胡說八道。目前為止,人類尚未發現任何外星生命,更無從談起外星生命的飛行器。
關於引力,人類知道的還太少。引力中有很多大問題仍然是懸而未決,比如到底有沒有引力子?如何實現引力與其他幾種相互作用的統一?或許當人類對萬有引力有了深刻了解後能夠實現反重力。
不過即使有一天發現了反重力,利用反引力製造出了引力懸浮列車或飛行器的設想恐怕也會是用高射炮打蚊子。引力是一種比較弱的力,依靠引力將列車或飛行器懸浮起來,需要的引力場不會比地球產生的引力場小多少。
有人設想過透過改變空間曲率的方法,使得飛行器兩端產生空間落差,繼而推動著飛行器高速飛行,甚至能夠像宇宙膨脹那樣使得速度突破光速的限制。如果有一天真的實現了曲率引擎,那可以算作是引力懸浮。不過,需要的能量是驚人的,為了推動一個飛船,可能需要消耗掉一個木星那麼大的星球。