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英语自我介绍,突破这些障碍 我们就能建造星际飞船了,胃在哪个位置

频道:民生新闻 标签:灯塔水母toptoon漫画 时间:2019年10月04日 浏览:297次 评论:0条

来历 | 科学大院(kexuedayuan)

作者 | 加来道雄

假如让任何孩子梦想一艘星际飞船,他们都会说出一些像《星际迷航》中的企业号或《星球大战》的千年隼号的飞船——它们能以比光速还快的速度穿越星系,乃至能在时空地道中络绎,在超太空中快速移动。

SpaceX方案在2021年进行第一次商业使命的“星际飞船”(图片来历:CNMO)

实践地说,咱们的第一艘星际飞船或许不是载人飞船,也或许不是电影中梦想的那种巨大的流线型飞翔器。事实上,它们或许不比一张邮票大。2016年,一个名为“打破摄星”的项目震动了国际。该项目旨在开发纳米飞船,将杂乱的芯片置于由地球上许多高能激光束驱动的帆上。皮肤枯燥

脸书的创始人马克扎克伯格曾揭露支撑“打破摄星”,俄罗斯出资者、前物理学家尤里米尔纳个人许诺出资1亿美元。现在看来,纳米飞船现已不仅仅是一个主意了。可是,在全面履行这个项目之前,有几个妨碍是咱们有必要予以考虑的。

反物质飞船

第五次技能浪潮(包含反物质引擎、光帆、聚变发动机和纳米飞船)都或许为星际飞船的规划拓荒令人振奋的新领域。就如《星际迷航》中描绘的那样,反物质发动机或许会成为实践。它们将运用国际中最大的能量来历,即通过物质和反物质磕碰将物质直接转化为能量。

反物质是物质的对立面,这意味着它具有相反的带电量。反电子带正电,而反质子带负电。

当物质和反物质发作磕碰时,它们会被湮灭修眉构成朴实大中华1895的能量,所以磕碰反响开释能量的功率是100%。相比之下,核武器的功率只需1%,而氢弹内部的大部分能量都被浪费了。

反物质火箭的规划适当简略。反物质被贮存在安全的容器中,并被安稳地输入一个室腔。它会与室腔的一般物质混兼并爆破,宣告伽马射线和X射线。然后,能量将通过室腔的排气孔排出,推力就发作了。

美国正在研讨反物质太空船以正电子为燃料6周可达火星(图片来历:我国经济网)

正如詹姆斯本福德对我说的,反物质火箭是科幻小说迷最喜欢的概念,但制作反物质火箭存在严重问题。首要,反物质是天然发作的,但数英语毛遂自荐,打破这些妨碍 咱们就能制作星际飞船了,胃在哪个方位量相对较少,因而咱们有必要制作许多反物质用于发动机。反氢原子中一个反电子环绕着一个反质子运动。第一个这样的原子在1995年诞生于瑞士日内瓦的CREN(欧洲核子研讨安排)。一束一般的质子被制作出来并打向一个由一般物质组成的靶子,这样的磕碰发作了一些反质子粒子。巨大的磁场通过让质子和反质子偏转到不同方向把它们区别开来——一个向右偏转,另一个向左偏转。随后,反质子减速并被贮存在磁阱中,与反电子结合构成反氢原子。2016年,CERN的物理学家运用了反氢原子,并剖析了盘绕反质子的反电子壳层。正如预料中的,他们在反氢原子与一般氢的能级之间发现了准确的对应联系。

CERN的科学家宣告:“假如咱们能把在CERN制作的一切反物质集合起来,并将其与物质湮灭,就有满足的能量使一个灯泡点亮几分钟。”火箭需求更多反物质。此外,反物质是国际上最贵重的物质方法。依照今天的物价,1克反物质的价格约诗词吾爱为70万亿美元。现在,它只能由粒子加速器(数量十分少)制作出来,而粒子加速器的制作和工作本钱极高。欧洲核子研讨安排的大型强子对撞机(LHC)是国际上最强壮的粒子加速器,其造价逾越100亿美元,但它只能发作一束十分细的反物质束。假如用对撞机为星际飞船堆集满足燃料,那将会使美国破产。

现在,这种巨型原子碰击器被用于各种意图,但朴实作为研讨东西运用,在反物质的制作方面功效极低。针对一部分问题的处理方案或许是树立专门出产反物质的工厂。NASA的哈罗德格里什以为,在这种情况下,反物质的英语毛遂自荐,打破这些妨碍 咱们就能制作星际飞船了,胃在哪个方位本钱能下降到每克50亿美元。

贮存问题带来了另一个困难和巨额费用。假如把反物质装在瓶子里,它迟早会撞到瓶子的墙壁上,进而把容器湮灭。正确地贮存它需求彭宁圈套a。这些圈套将运用磁场使反物质的原子处于悬浮状况,避免它们与容器触摸。

在科幻小说中,本钱和存储问题有时会由于发现了一颗天外救星而处理——这颗反小行星让咱们能廉价地挖掘反物质。但这个假定提出了一个杂乱的问题:反物质从哪儿来?

咱们用仪器在外太空看到的任何当地都是物质,而不是反物质。咱们知道这一点是由于电子与反电子的磕碰开释的最小能量为102万电子伏。这便是反物质磕碰的印迹。可是当咱们研讨国际的时分,西宁天气预报简直没有发现这种类型的辐射。咱们看到周围的大部分国际都是由相同的一般物质组成的。

物理学家以为,在大爆破的瞬间,国际是彻底对称的,物质和反物质的数量是持平的。假如是这样,这两者之间的湮灭将是完美和完好的,国际应该是由纯辐射构成的。可是,咱们却由本不应该存在的物质构成。咱们的存在恰恰否定了现代物理学。

(图片来历:veer)

咱们还没有弄了解为什么国际中物质比反物质更多。在前期国际中,只需一百亿分之一的雁南飞原始物质在那次爆破中幸存下来,而咱们便是其间的一部分。干流理论以为,在大爆破进程中,物质和反物质的完美对称被打破了,但咱们不知道它是什么。诺贝尔奖正等待着赋有进取心的人来提示这个问题。

关于任何想制作星际飞船的人来说,反物质发动机是十分重要的。可是反物质的性质咱们简直彻底不了解。例如,咱们不知道它“落下”的方向是朝上仍是朝下。现代物理学猜测它会像一般物质相同向下掉落。假如是这样,那么反重力就不或许存在了。可是,这一点和其他许多问题相同,从未被验证过。依据本钱和咱们有限的了解,到22世纪,反物质火箭或许仍是一个愿望,除非咱们恰巧找到一个在太空漂流的反小行星。

星际飞船的问题

需求着重的是,到现在为止说到的一切星际飞船都面对着以挨近光速飞翔带来的其他问题。小行星磕碰会带来很大的风险,即便是很小的小行星也会穿透飞船船体。正如咱们说到的,航天飞机由于国际碎片而伤痕累累,这些碎片很或许以绕地轨迹的速度,也便是每小时1.8万英里的速度碰击航天飞机。可是,在挨近光速的情况下,碰击的速度或许是那个速度的好多倍,会把飞船撞得破坏。

在电影中,这种风险被强壮的力场化解了,这个力场能够轻易地击溃一切的微陨石。但不幸的是,这只存在于科幻作家的大脑中在实践中,的确能够制作电场和磁场,但即便是不带电的家居物品,如塑料、木头和石膏,也能够很轻易地穿透它们。在外太空,由于细小的微陨石是不带电的,所以不能被电场和磁场偏转。引力场具有招引力但十分弱小,所以它们不适协作为咱们需求的斥力场。

制动是另一个应战。假如你以挨近光速的速度在太空快速络绎,当抵达意图地时该怎么减速呢?太阳和激光帆运用太阳能或激光束来飞翔,而这些光束不能被用来为星际飞船减速,所以它们或许首要用于飞掠使命。

或许制动核能火箭的最好办法是让它们调转180度,这样推力就会发作在相反的方向。可是,这种战略将耗费约一半的推力来到达方针速度,另一半推力则用来减慢火箭的速度。关于太阳帆来说,或许能够回转船帆,用意图地恒星宣告的光来减慢国际飞船的速度。

(图片来历:pyjt.gov.cn)

另一个问题是,大多数能够搭载宇航员的星际飞船都很粗笨,只能在外太空拼装。为了将建筑材料送入轨迹,需求进行几十次太空使命,并进行更屡次使命来拼装飞船。为了使费用不会过高,有必要规划出一种更经济的办法完结太空发射使命。这便是太空电梯或许派上用场的当地。

太空电梯 引音隐印

太空电梯将是纳米技能的一种革命性使用。太空电梯是一条从地球延伸到外太空的长杆。你能够进入电梯,按下上升按钮,然后被敏捷送入轨迹。因而当助推器火箭从发射台发射时,你也不必忍耐超重力的苦楚。相反,你的太空之旅就像乘坐电梯到百货公司的顶层相同轻松。就像杰克的豌豆相同,太空电梯好像能够对立重力,并供给一种轻松进入太空的方法。

俄罗斯物理学家康斯坦丁齐奥尔科夫斯基初次证明了太空电梯的或许性。19世纪80年代,他遭到埃菲尔铁塔的启示。他问自己,假如工程师能够制作这样巨大的结构,为什么不持续往外太空延伸,再建一个呢?他能运用简略的物理原理证明,原则上,假如塔满足长,那么离心力就足以使塔坚持直立而无须任何外力。就像绳子上的球由于旋转不会掉到地板上相同,地球自转的离心力也能够确保太空电梯不会坍毁。

火箭或许不是进入太空的仅有途径,这个主意是斗胆急进而又令人兴毕业生薪酬排行榜奋的。但这马上就薯条呈现了妨碍。太空电梯线缆上的张力或许会到达1000亿帕斯卡,这逾越了钢的开裂点——20亿帕斯卡。因而钢缆会开裂,太空电梯会掉下来。

太空电梯的概念被放置了近100年。阿瑟克拉克等作家偶然会说到它们。铺开那三国2克拉克把它们写进了小说《天堂的喷泉》中。可是,当被问及太空电梯何时能完成时,他回答说:“大概在咱们都中止万千宠爱嘲笑它之后的50电脑蓝屏怎么办年左右。”

可是没有人再笑了。忽然之化州矛啪网间,太空电梯好像不再那么遥不行及了。1999年,NASA的一项开始研讨评价了一架配有3英尺宽、30英里长的线缆的电梯,估量其能够载重15吨。2013年,国际宇航科学院发布了一份长达350页的陈述,以为假如有满足的资金和研讨,到2035年就有或许建成一个有用载荷为20吨的若干倍的太空电梯。估量其价格通常在100亿到500亿美元之间,这仅仅飞往国际空间站的花费——1500亿美元的一小部分。与此同时,太空电梯将有用载荷送入太空的本钱降低了5%。

太空电梯梦想(图片来历:https://cn.bing.com/images/search?view=detailV2&ccid=DfAYx17d&id=0D03559225777359483CCE3B237状语305191C9C5DFF&thid==0)

问题不再呈现在根底物理学上,而是呈现在工程学上。现在科学家正在进行仔细的核算,以确认是否能够由纯碳纳米管制作太空电梯线缆,由于这些碳纳米管强度十分大,不会开裂。可是,咱们能否制作出满足长的纳米管,一向延伸到数千英里外的太空中呢?从现在看,答案是否定的。制作长度逾越1厘米的纯碳纳米管难度极大。你或许听说过现已能够制作出长达几英尺的纳米管,但它们实践由复合材料制成。它们由压缩成纤维的纯碳纳米管的细丝组成,失去了纯纳米管的美妙性质。

为了激起人们对太空电梯等项意图爱好,NASA推出了“百年挑农门女财神战方案”,鼓励那些为太空项目发明先进技能的宇航员业余人士。它曾举行过一场竞赛,要求参赛者提交一款微型电梯雏形的部件。在我掌管的一个电视特别节目中,我跟从一群年青的工程师参加了这项竞赛。他们信任太空电梯将使一般人mifengaaa也能升入天堂。我看着他们用激光束把一个小胶囊沿着一根长长的电缆向上移动。咱们的电视特别节目企图展现新一代工程师的热心,他们巴望制作未来。

太空电梯将彻底改变咱们进入外太空的方法。外太空将不再是宇航员和军事飞翔员的专属领地,而会成为儿童和家庭的乐土。它们将为太空游览和工业供给一种有用的新办法,并使在地外拼装包含星际飞船在内的杂乱机器成为或许,包含那些能像光相同快的飞船。

但实践地说,考虑到咱们面对的巨大工程问题,太空电梯或许要到21世纪末才干完成。

曲速引擎

一天,一个男孩读了一本儿童读物,改变了国际历史。那是1895年,城市刚开始通电。为了了解这个古怪的新现象,男孩拿起了阿龙伯恩斯坦所著的《天然科学浅显读本》。在这本书中,作者让读者梦想自己在一根有电流的电线旁骑行。男孩想知道,假如用一束光替代电流会有什么结果。他能逾越光速吗?他揣度,已然光是一种波,光束就会看起来中止不动,被时刻冻住。但即便在16岁时,他也认识到历来没有人见过中止的光波。在接下来的十年里,他一向在苦苦思索这个问题。

1905年,他总算找到了答案。他的名字叫阿尔伯特爱因斯坦,他的理论塔塔杨被称为狭义相对论。他发现人们无法逾越光速,由于光速是国际中的终极速度。速度一旦挨近光速,就会发作古怪的工作。你的火箭会变得更重,火箭里边的时刻会变慢。假如你以某种方法到达光速,你会变得无限沉重,时刻也会中止。这样看,这两个条件都是不或许完成的,这意味着你不能打破光的屏障。爱因斯坦恰似成了国际街区的差人,设定了国际的终极速度极英语毛遂自荐,打破这些妨碍 咱们就能制作星际飞船了,胃在哪个方位限。从那以后,这种妨碍一向困扰着一代又一代的火箭科学家。

(图片来历:5156edu.com)

可是爱因斯坦并不满足。虽然相对论能够解说许多光的奥妙,但他还想把他的理论使用到引力上。1915年,他提出了一个惊英语毛遂自荐,打破这些妨碍 咱们就能制作星际飞船了,胃在哪个方位人的解说。他以为从前被视作惯性和静态的空间和时刻,实践上是动态的,就像能够曲折英语毛遂自荐,打破这些妨碍 咱们就能制作星际飞船了,胃在哪个方位、拉伸或曲折的润滑床布。依据他的假定,地球不是由于遭到太阳引力的招引而环绕太阳运动,而是由于太阳使其周围的空间曲折而使地球环绕其滚动。时空结构推进地球环绕太阳以曲折的途径运动。简略地说,运动不是由于引力的拉动。相反,是由于空间的推进。

莎士比亚从前说过,国际是一个舞台,咱们是在舞台上收支的艺人。把时空也梦想成一个舞台。它从前被以为是静态、扁平缓肯定的,时钟在时空外表以均匀的速率工作。但在爱因斯坦的国际中,这个舞台是能够曲折的。时钟以不同的速率工作。艺人不或许在舞台上走过而不跌倒。他们或许会以为是一种不行见的“力气”把他们拉向不同的方向,而实践上却是曲折的舞台推着他们。

爱因斯坦还认识到他的广义相对论有一个缝隙。恒星越大,环绕它的时空歪曲就shelf越大。假如一颗恒星满足重,它就会变成一个黑洞。时空结构实践上或许会被撕裂,构成一个虫洞,这是穿越太空的一个通道或捷径。这个概念最早由爱因斯坦和他的学生内森罗森在1935年提出,今天被称为爱因斯坦—罗森桥。

虫洞

爱因斯坦—罗森桥最简略的比如便是《爱丽丝梦游仙界》中的镜子。在镜子的一边是英国牛津的村庄,另一边是仙界的奇幻国际。爱丽丝只需一把手指从镜子中伸进去,就马上会被传送到那里。

虫洞是电影中最受欢迎的体裁。韩索罗通过虫洞推进千年隼号穿越超太空。西格妮韦弗在《捉鬼敢死队》中扮演的人物翻开的冰箱便是一个虫洞,她通过这个虫洞调查整个国际。在C.S.刘易斯的《狮子、女巫和魔衣橱》中,魔衣橱是衔接英国村庄和纳尼亚的虫洞。

虫洞是在对黑洞进行数学剖析时发现的。黑洞是一颗坍缩的巨星,它的引力十分强,强到连光都无法逃脱。它们的逃逸速度是光速。在曩昔,黑洞被以为是中止的,并且有无限大的引力,被称为奇点。可是太空中一切被记载的黑洞都在快速旋转。1963年,物理学家罗伊克尔发现当一个黑洞旋转的速度满足快时,它就纷歧定会坍缩成一个点而是一个的旋转环。由于离心力阻挠它持续坍缩,所以这个环是安稳的。那英语毛遂自荐,打破这些妨碍 咱们就能制作星际飞船了,胃在哪个方位么一切落入黑洞的东西都到哪里去了呢?物理学家还不知道英语毛遂自荐,打破这些妨碍 咱们就能制作星际飞船了,胃在哪个方位。但有一种或许性是,物质能够通过所谓的白洞从另一边呈现。科学家一向在寻觅能开释物质而不是吞噬物质的白洞,但迄今为止还没有发现。

假如接近黑洞的旋转环,你会看到空间和时刻发作了难以置信的歪曲。你或许会看到数十亿年前虫洞引力捕获的光束,乃至还或许看到自己的副本。你体内的原子或许会在一种“意大利面条化”的令人不安的丧命进程中被潮汐力拉伸。

假如进入旋转环自身,你或许会从另一端平行国际的白洞中被驱赶出来。梦想一下,把两张纸互相平行地放在一同,然后用铅笔在纸上钻一个洞,把它们连在一同。沿着铅笔行走,你会通过两个平行国际。可是,假如你第2次穿过这个环,就又会进入另一个平行国际。每次进入环,你都会进入一个不同的国际,就像进入电梯能够在公寓楼的不同楼层间移动相同。只不过在这种情况下,你永久都回不到同一楼层。

(图片来历:作者供给)

当你进入环时,其引力是有限的,所以你纷歧定会被碾碎。可是,假如环的旋转速度不够快,它会在你身上崩塌并杀死你。可是通过参加一些名为负物质或负能量的东西来人为地安稳环是或许完成的。因而,一个安稳的虫洞是一种平衡,其关键是坚持正能量和负能量的恰当份额。你需求许多的正能量来天然地发明国际间的通道,就像黑洞相同。但你也需求东京干人为地制作负物质或能量,以坚持其大门打开,避免其崩塌。

负物质与反物质很不相同,它从未在天然界中被发现过。负物质具有奇特的反引力性质,这意味着它会向上而不是向下掉落。(相比之下,反物质理论上会向下而不是向上掉落。)假如在几十亿年前它就存在于地球上,那么它会被地球上的物质排挤,并飘浮到外太空。或许这便是咱们没有找到它的原因。

虽然物理学家没有发现任何负物质存在的依据,但负能量实践上现已在试验室被发明出来。这让科幻小说迷的期望仍然存在,他们愿望着有一天能穿越虫洞飞向悠远的星球。可是,在试验室里发作的负能量是微乎其微的,远不能驱动一艘星际飞船。要想发作满足的负能量来安稳虫洞,需求一项十分先进的技能。所以在可预见的未来,虫洞超级驱动星际飞船超出了咱们的才能规模。

总而言之,负能量的确存在。假如能以某种方法收集到满足的负能量,咱们原则上能够造出虫洞机器或曲速引擎,完成科幻小说中一些最张狂的梦想,可是这些技能还有很长的路要走。与此同时,咱们将运用21世纪末或许会在太空中快速移动的光帆,为咱们供给环绕其他恒星工作的系外行星的第一张特写相片。到了22世纪,咱们或许能够在核聚变火箭上调查这些行星。假如能处理摆在面前的杂乱工程问题,咱们乃至或许使反物质发动机、冲压喷气聚变发动机和太空电梯成为实践。

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本文转载自“科学大院(kexuedayuan)”,原标题打破这些妨碍 咱们就能制作星际飞船了|今天有书》,作者 | 加来道雄

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