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1 # 造物科技小包子
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2 # 軍機處留級大學士
夢工廠工程師說,在未來技術下,接近光速的航天器應該是可見的,相對論性航天器必須以產生獨特的方式與宇宙微波背景相互作用產生足以達到光速的動力。
恆星級星際旅行可能是科幻小說的素材,但是計算出它應該是可能的,因為它能夠以部分光速飛行。這些速度甚至可以透過未來的技術來實現。
當然,還有重大挑戰。任何在相對論性速度旅行的物體都會與宇宙微波背景中的光子相互作用。這種相互作用應該會產生阻力,對航天器的執行速度施加特定的限制。
但是它也應該產生相對論性太空飛行的獨特特徵,如果任何這種型別的飛行器在我們銀河系附近快速飛行,這種特徵應該在未來的技術中是可見的。
宇宙微波背景是大爆炸的回聲。這是從最早的創世時刻遺留下來的光,隨著宇宙的膨脹而被拉長。所以儘管它開始時能量更高,輻射波長更短,但現在它在微波區域。
宇宙充滿了這種輻射,宇宙的每立方厘米包含超過400個宇宙微波光子,因此一艘穿越星際空間的宇宙飛船每秒將與數以千計的光子碰撞。
這些碰撞可以被認為是微觀層面的,因為每個光子都以高能撞擊原子核。粒子物理學家很清楚,如果這些碰撞中的能量足夠高,它們應該會產生正負電子對。
在接近光速飛行的飛船表面,這些光子將表現為高能伽馬射線。如果這些伽馬射線的能量大於電子和正電子的靜止質量,那麼碰撞將產生一對電子-正電子。
這個過程將消耗大量的能量,每個正負電子對的產生消耗1.6 x 10^-13焦耳。假設有效橫截面積為100平方米,耗散效應約為每秒200萬焦耳。
在宇宙飛船的飛行過程,由於時間膨脹,耗散甚至更高。當高速飛行時,有效地持續更長時間,因此能量耗散明顯更高,大約為每秒10^14焦耳。這對於飛船的發動機來說是一個需要克服的重大阻力,僅僅是為了保持恆定的速度。這是保持航天器速度低於正負電子對產生閾值的一個很好的理由,從而將阻力降低到每秒幾焦耳的可忽略水平。當宇宙飛船的速度達到光速的1-3.3 x10^-17時,這個閾值就會出現。
相對論性宇宙飛船的運動將有另一個影響。它應該以產生獨特訊號的方式散射宇宙背景微波。當光速宇宙飛船在相對論性速度飛行時,它將透過散射與中和相互作用,從而產生一個頻率偏移,用目前的技術可以在地球上探測到。
散射應該產生太赫茲輻射到光譜的紅外區域,並且這個訊號應該相對於飛船移動背景。訊號的顯著特徵是溫度迅速下降,同時強度迅速上升,以及光源相對於固定在遙遠類星體上的參照系的運動,這應該是可以觀察到的。
換句話說,如果相對論性宇宙飛船在星際空間中快速飛行,這種特徵應該可以透過現代的天體物理觀測站看到。這將相對論性太空旅行的分析提升到了一個新的水平。
當然這是一些假設,其中一個重要的假設是相對論性太空旅行是可能的。事實上,如果一些先進的文明進行這種進入宇宙的跳躍式飛行,與宇宙光子的相互作用可能是他們最不關心的問題,因為與物質的碰撞會造成更大的傷害。
對於以接近光速的速度執行的宇宙飛船來說,與一個質量為10^-14的宇宙塵粒的撞擊將產生接近10000兆焦耳的撞擊能量。
星系空間相對來說沒有碎片,但即使如此,任何相對論性航天器都需要一種清理路徑的方法,確保光速飛船不被微塵撞毀。
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從理論上來講是幾乎不可能實現以光速飛行的加速器 因為目前超現實研究的離子推進器 已經是人類想象或者物理實現能力的極限 這個推進器全力加速 且外加逃逸速度以後 且僅能實現光速的千分之一 已經非常不肯能想象了 另外從相對論角度來看 若物體執行的速度超過光速則時間和空間將發生位移 也就是扭曲 所以從目前基礎科學理論出發 尚無法實現 但若基礎科學理論突破現有框架 或影響基礎科學技術和應用實現飛躍 謝謝