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光速飞船怎么躲避障碍,若人类能成功研制光速飞船

来源:整理 时间:2022-04-20 22:56:34 编辑:游戏知识 手机版

我们知道,在近光速飞船上发出的电磁波的速度依然是光速,所以,在近光速飞船上肯定要有一个雷达系统,这个雷达系统发出的电磁波肯定是光速运动的。雷达回波也能被近光速飞船收到。亚光速或低光速行驶退一万步说,那万一以反作用力为飞船推进力进行亚光速或者低光速行驶的飞船呢?当科技发展到清洁高效持久的能源做飞船动力的时候,必然会掌握宇宙星图,可以为飞船规划好行驶路线,避免星体或大的陨石的碰撞,而星际尘埃或小的碎石,则可通过雷达探测避免或者直接通过能量武器或者能量罩摧毁。

《三体》光速飞船是怎么飞行的?

《三体》光速飞船是怎么飞行的

其实感觉陷入先入为主的观念里了,光速是很快,可是宇宙也是广阔无垠的。光速飞行就好像骑摩托对比骑自行车,速度是很快,又好比是宝马车比摩托车,速度是很快,但是摩托车和宝马车也是相对的快,在广阔无垠的宇宙当中,光速飞行,其实也好比摩托车或者宝马车的奔跑一样,前面有障碍了,避开或者减速绕开就可以了。就好像我们开宝马车或骑摩托车一样,不过光速飞船的避开或绕开可选范围比较大。

光速飞船来得及避开太空中的障碍物吗?

《三体》光速飞船是怎么飞行的

根据现有的实现了超光速或者光速飞行的理论,是无需考虑避开太空中的障碍物的。以下做详细说明。首先,光速飞行本身就是一个伪命题,因为根据相对论,以反作用力作为飞行动力的飞船,其飞行速度不可能超越或达到光速。那根根据现有理论,能够实现光速或超光速行驶的飞船,都是以什么方式运动呢?曲率驱动宇宙的空间并不是平坦的,而是存在着曲率(曲率为曲率半径的倒数,曲率越大表示弯曲程度越大),如果把宇宙的整体想象为一张大膜,这张膜的表面是弧形的,整张膜甚至可能是一个封闭的肥皂泡。

虽然膜的局部看似平面,但空间曲率还是无处不在。一艘处于太空中的飞船,如果能够利用某种方式把它后面的一部分空间烫平,减小其曲率,那么飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去,这就是曲率驱动。而通过曲率驱动的飞船,通过改变自己当前空间的曲率来运动,根本就不会与其他空间相作用,所以根本不会碰撞到其他空间的障碍物。

虫洞时空洞又称爱因斯坦-罗森桥,也译作蛀孔。是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞是1916年由奥地利物理学家路德维希·弗莱姆首次提出的概念,1930年由爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时假设的,认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。通过虫洞进行空间移动的飞船,从虫洞一端进入,从另一端出来,更加不会碰撞到实际空间中的障碍物。

空间折叠空间折叠是一种因为强大的引力使空间发生扭曲的现象。这种现象是真实存在的,因而在理论上只要能达到一定的引力就能使空间发生弯曲,就好比要从一张平整的纸一端到另一端除了走两点间的直线外,还可以直接把纸叠起来,让两点靠近。在这样的引力下空间也有极大的可能被折叠,这也就使得以不超越光速却能在短时间内进行宇宙旅行成为了可能。

通过空间折叠进行移动,等于是把空间的两点折叠连起来,而不需要途径空间中的路径,所以也不需要考虑避开空间中的障碍物。亚光速或低光速行驶退一万步说,那万一以反作用力为飞船推进力进行亚光速或者低光速行驶的飞船呢?当科技发展到清洁高效持久的能源做飞船动力的时候,必然会掌握宇宙星图,可以为飞船规划好行驶路线,避免星体或大的陨石的碰撞,而星际尘埃或小的碎石,则可通过雷达探测避免或者直接通过能量武器或者能量罩摧毁。

人类宇宙中超高速飞行如何躲避障碍物?

《三体》光速飞船是怎么飞行的

这个问题是非常严重的。我们知道,在近光速飞船上发出的电磁波的速度依然是光速,所以,在近光速飞船上肯定要有一个雷达系统,这个雷达系统发出的电磁波肯定还是光速运动的。雷达回波也能被近光速飞船收到。问题的关键在于计算速度。一旦雷达看到前方有障碍物,那必须快速计算出障碍物的位置与尺寸,然后告诉控制系统迅速避让。

因此,这对数据处理的要求是很高的,一般的家用电脑的计算速度肯定是不够的。一定要使用最高速度的量子计算机。因此,在星际航行时代,如果没有量子计算机的成熟技术,我们是不可能做近光速飞船的,分分钟就能撞毁。问题的难点还在于,相对论视觉的问题,我们知道,一个近光速飞船的看到的视野其实是比较狭窄的,可能存在一些视觉盲区,如果从这些视觉盲区里杀出来一个撞击物体,这个撞击物体能很快把人类的近光速飞船撞毁。

因此,我觉得现代的科学家对相对论视觉这部分的研究是不够的,这个问题其实是值得考虑的。当然了,现在研究这个还来得及,因为人类至少要100年的时间才能进入星际时代。当然也有一种学说认为人类最后不会进入星级时代,而是内生进入一个虚拟现实的时代,老老实实呆在地球上就够了。这看起来似乎也不是没有道理。无论怎么样,作为理论问题,我们可以探讨。

坐在一个无限接近光速的飞船上在太空中傲游,会有什么奇特的事会发生?

在接近光速飞行的宇宙飞船上,时钟当然还会正常走动,时间概念也仍然存在,在飞船上的人对时间的感受与在地球上没有任何区别。所谓速度越快时间越慢,这种时间流逝速率的差异是两种参照系的比较结果。对于地球上的人而言,如果宇宙飞船以接近光速的速度飞行1000光年的距离,那么,飞船所需的飞行时间是1000年左右。然而,宇宙飞船上的人所认为的飞行时间远远短于1000年,速度越快,时间越短,比如当速度达到光速的99.99995%时,太空旅行者所感知到的时间只有1年,这就是时间膨胀效应。

对于飞船上的人而言,时间就是正常过了1年,而不是他们用1年的时间过1000年。不过,对于地球上的人而言,这1年相当于地球上过1000年。当飞船接近光速飞行时,往外看会看到非常奇妙的景象。我们先来简单了解如下的现象:在下雨时,雨水通常会从正上方落到我们的头顶。但如果我们在雨中快速奔跑时,雨就会斜着打到我们身上,并且我们奔跑的速度越快,雨水相对于我们越倾斜。

在天文学中也有类似的现象,当地球带着我们运动时,我们看到的星星位于它们实际位置的前方,这就是光行差效应。光行差效应当宇宙飞船接近光速运动时,由于飞船的速度极快,光线都集中到飞船的前方,飞船中的观察者会看到如下的现象:这种现象是由光行差效应造成的(不是另一位答主所说的前灯效应,前灯效应是光源移动造成的,而在飞船运动过程中,发光的恒星并没有相对于飞船出现明显的运动),在飞船上的观察者看来,周围的恒星都移动到了飞船的前方。

观察者相对于光源运动产生的光谱红移和蓝移现象/Credit: Aleš Tošovský由于飞船在太空中高速运动,多普勒效应会造成飞船前方恒星发出的光出现蓝移,这是因为波长变短了,所以飞船前方的恒星看起来是蓝色的。而飞船后方恒星发出的光会发生红移,这是因为波长变长了,所以飞船后方的恒星看起来是红色的。

宇宙飞船以每秒数十公里的速度飞行是如何避免撞上陨石或者其他障碍物的?

无需规避,或者说靠运气避免。宇宙飞船能在太阳系随便飞,是因为太阳系非常空旷。同时,太阳系中的物质都有比较明确的聚集区。至于规避,没什么好的办法规避,宇宙飞船压根没有设计主动规避,那意味着消耗更多动力,而宇宙飞船的动力几乎都是用来执行具体特定规划好的行动的,没有给规避小流星体或小行星留下余地。图示:在电影中出现的小行星带,但实际上小行星带的物质非常稀疏。

太阳系中的小行星,主要位于火星和木星轨道之间,这些小行星被称为主小行星带,它很可能是一颗破碎的岩石行星,主小行星带的大部分天体,由岩石和金属组成。而其它小行星则主要集中在海王星轨道之外的柯伊伯带了,在那里包含有大量的由冰组成的海王星外天体,再往外则是新发现的类塞德娜天体(sednoid),这些天体相当大,大到可以称为矮行星,因为它们的质量大到能够自身重力形成类似球体的形状。

图示:太阳系主小行星带天文学家估计,在主小行星带中大小约1km的小行星数量约为80,000。这意味着,平均而言,大型小行星之间的平均距离达到1700万公里。即使我们算上主带中较小的小行星,那么小行星之间的平均距离也是典型航天器自身大小的数百万倍之多。在主小行星带外,潜在危险物体之间的平均距离仍然是航天器大小的数百万倍。

因此,发生意外碰撞的可能性实际上非常小非常小非常小。因此,任务规划者不需要采取任何措施来避免小行星和流星体。太空垃圾才是潜在威胁相比起在太阳系中遨游的宇宙飞船,真正的麻烦其实是人造卫星的轨道上,现在存在许多人为原因产生的太空垃圾,这些太空垃圾日益增多,紧密环绕地球轨道,这才是真正的麻烦,而且随着时间的流逝,这个麻烦越来越大,终有一天会妨碍到我们继续发射卫星。

图示:从1957年到2015年,据统计共有1.7亿个大小不同的太空垃圾环绕在地球周围2017年2月,美国宇航员从空间站丢出一个装满垃圾重两吨的一个太空舱,这被视为史上最大一次太空丢垃圾事件。据据算,当前至少有高达1.7亿个太空垃圾正围绕地球高速飞行,如果不加理睬,最终随着太空垃圾的数量逐渐上升,很可能引发一场“灾难性的连环撞击事件”,世界各国发射的人造卫星、宇宙飞船甚至国际合作搭建的国际空间站都可能被彻底报废。

电影《重力》的设定就是太空垃圾击中国际空间站,除了女主角之外,所有其它宇航员全部牺牲的。这是首部以太空垃圾为题材的科幻电影。美国宇航局专家声称,由于太空垃圾的撞击,美国每年损失至少3~4颗人造卫星。如果情况继续恶化,50年内,世界各国将失去所有围绕地球飞行的可用卫星。在高达上亿的太空垃圾碎片中,各国最多在跟踪大约50万件较大的太空垃圾,但由于太空垃圾围绕地球运转的速度很快,高达2.7万公里每小时,这意味着任何大于1厘米的太空垃圾,就可能人造卫星等、宇宙飞船等造成严重损伤。

图示:美国宇航局公布的国际空间站外的仪器,被细小的太空垃圾击中造成的后果。至于应该如何清理这些太空垃圾,宇航专家们设计了多种方案,2018年4月2日,著名的SpaceX公司(就是把特斯拉跑车送上太空的那家公司)发射了一颗火箭。它的使命就是清理,地球低轨道上的大约21000个已知的垃圾碎片。图示:废弃的火箭助推器、过期的卫星和卫星碎片等构成了太空垃圾的主体图示:一个巨大的网兜兜住太空垃圾,迫使它们改道,进入大气层坠毁燃烧。

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