2019种植业致富项目_突破这些障碍 我们就能建造星际飞船了

2019-08-18 08:4118:37:17 发表评论

2019种植业致富名目  根源:迷信年夜院

2019种植业致富名目  假如让任何孩子设想一艘星际飞船,他们都会说出一些像《星际迷航》中的企业号或者《星球年夜战》的千年隼号的飞船——它们能以比光速还快的速度穿梭星系,乃至能在时空地道中穿梭,在超太地面快速移动。

SpaceX筹划在2021年进行第一次贸易任务的“星际飞船”(图片来源:CNMO)

  实际地说,咱们的第一艘星际飞船大约不是载人飞船,也大约不是电影中设想的那种宏大的流线型飞行器。究竟上,它们可能不比一张邮票大。2016年,一个名为“打破摄星”的项目震动了全国。该项目旨在开辟纳米飞船,将宏大的芯片置于由地球上很多高能激光束驱动的帆上。

  脸书的初创人马克·扎克伯格曾经公然撑持“打破摄星”,俄罗斯投资者、前物理学家尤里·米尔纳个人答应投资1亿美元。如今看来,纳米飞船曾经经不但仅是一个想法了。可是,在片面实行这个项目以前,有多少个停止是咱们必须予以考虑的。

  反物资飞船

  第五次技艺浪潮(包罗反物资引擎、光帆、聚变发起机以及纳米飞船)均可能为星际飞船的计划开辟使人奋发的新范畴。就如《星际迷航》中描摹的那样,反物质发起机可能会成为实际。它们将利用宇宙中最大的能量来源,即经过物质以及反物质碰撞将物质间接转化为能量。

  反物质是物质的统一壁,这象征着它具备相同的带电量。反电子带正电,而反质子带负电。

  当物质和反物质产生碰撞时,它们会被淹没消灭构成地道的能量,所以碰撞反响释放能量的服从是100%。比拟之下,核武器的服从只要1%,而氢弹外部的大部分能量都被浪费了。

  反物质火箭的计划相称简单。反物质被贮存在平安的容器中,并被稳定地输入一个室腔。它会与室腔的平凡是物质混合并爆炸,收回伽马射线和X射线。而后,能量将经过室腔的排气孔排挤,推力就产生了。

美国正在研究反物质太空船以正电子为燃料6周可达火星(图片来源:中国经济网)

  正如詹姆斯·本福德对于我说的,反物质火箭是科幻小说迷最喜好的见解,但制作反物质火箭存在严峻题目。首先,反物质是天然发生的,但数量相对于较少,因此我们必须制作少量反物质用于发念头。反氢原子中一个反电子环绕着一个反质子活动。第一个多么的原子在1995年降生于瑞士日内瓦的CREN(欧洲核子研究构造)。一束平凡是的质子被制造进去并打向一个由普通物质构成的靶子,多么的碰撞产生了一些反质籽粒子。巨大的磁场通过让质子和反质子偏偏转赴任别标的目标把它们区离开来——一个向右偏偏转,另一个向左偏转。随后,反质子加速并被贮存在磁阱中,与反电子连合构成反氢原子。2016年,CERN的物理学家利用了反氢原子,并分析了环绕反质子的反电子壳层。正如意料中的,他们在反氢原子与普通氢的能级之间发明白正确的对应关连。

  CERN的迷信家宣布颁发:“假如我们能把在CERN制造的局部反物质聚集起来,并将其与物质淹没消灭,就有充足的能量使一个灯泡点亮多少分钟。”火箭必要更多反物质。此外,反物质是全国上最高贵的物质形式。按照今日的物价,1克反物质的价格约为70万亿美元。如今,它只能由粒子加快器(数量十分少)制造进去,而粒子加快器的制造和运行本钱极高。欧洲核子研究构造的大型强子对撞机(LHC)是世界上最强大的粒子加速器,其造价高出100亿美元,但它只能产生一束十分细的反物质束。如果用对撞机为星际飞船积聚充足燃料,那将会使美国停业。

  现在,这种巨型原子撞击器被用于各种目标,但地道作为研究东西使用,在反物质的制造方面功效极低。针对一部分题目的办理计划可能是创立专弟子产反物质的工厂。NASA的哈罗德·格里什觉患上,在这种环境下,反物质的本钱能下降到每一克50亿美元。

  储请安题带来了另一个坚苦和巨额费用。如果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。精确地储存它必要彭宁圈套a。这些圈套将使用磁场使反物质的原子处于悬浮形态,防备它们与容器打仗。

  在科幻小说中,成本和存储问题偶然会因为发明白一颗天外救星而办理——这颗反小行星让我们能便宜地开采反物质。但这个假设提出了一个巨大的问题:反物质从哪儿来?

  我们用仪器在外太空看到的任何中央都是物质,而不是反物质。我们知道这一点是因为电子与反电子的碰撞释放的最小能量为102万电子伏。这便是反物质碰撞的印迹。可是当我们研究宇宙的工夫,几乎没有发现这种范例的辐射。我们看到四周的大部分宇宙都是由异样的普通物质构成的。

  物理学家觉患上,在大爆炸的刹时,宇宙是完整对称的,物质和反物质的数量是相称的。如果是这样,这两者之间的湮灭将是美满和完备的,宇宙该当是由纯辐射组成的。但是,我们却由本不该当存在的物质组成。我们的存在恰好否定了当代物理学。

(图片来源:veer)

  我们尚未弄明白为甚么宇宙中物质比反物质更多。在早期宇宙中,只要一百亿分之一的原始物质在那次爆炸中幸存下来,而我们便是其中的一部分。支流实际认为,在大爆炸进程中,物质和反物质的美满对称被冲破了,但我们不知道它是甚么。诺贝尔奖正等待着富裕进取心的人来提醒这个问题。

  对付任何想制造星际飞船的人来说,反物质发念头黑白常紧张的。但是反物质的性质我们几乎完整不了解。比方,我们不知道它“落下”的方向是朝上还是朝下。当代物理学猜测它会像普通物质同样向下坠落。如果是这样,那末反重力就不可能存在了。但是,这一点和其余很多问题同样,从未被考证过。基于成本和我们无限的明白,到22世纪,反物质火箭可能还是一个幻想,除了非我们碰巧找到一个在太空漂泊的反小行星。

  星际飞船的问题

  需要夸张的是,到现在为止提到的局部星际飞船都面对着以接近光速飞行带来的其余问题。小行星碰撞会带来很大的危害,即使是很小的小行星也会穿透飞船船体。正如我们提到的,航天飞机因  为宇宙碎片而遍体鳞伤,这些碎片极可能以绕地轨道的速度,也就是每一小时1.8万英里的速度撞击航天飞机。然而,在接近光速的环境下,撞击的速度可能是那个速度的许多多少倍,会把飞船撞得粉碎。

  在电影中,这种损伤被强大的力场化解了,这个力场能够轻易地击退所有的微陨石。但可怜的是,这只存在于科幻作家的大脑中。在现实中,的确能够制造电场和磁场,但即使是不带电的家居物品,如塑料、木头和石膏,也可以很轻易地穿透它们。在外太空,由于巨大的微陨石是不带电的,所以不能被电场和磁场偏转。引力场具备吸收力但非常薄弱,所以它们不适互助为我们需要的斥力场。

  制动是另一个挑衅。如果你以接近光速的速度在太空快速穿越,当到达目的地时该怎么样加速呢?太阳和激光帆利用太阳能或者激光束来飞行,而这些光束不能被用来为星际飞船减速,所以它们可能重要用于飞掠任务。

  大概制动核能火箭的最佳方法是让它们调转180度,这样推力就会产生在相同的方向。然而,这种计谋将消耗约一半的推力离开达目的速度,另一半推力则用来减慢火箭的速度。对付太阳帆来说,也答应以反转船帆,用目的地恒星收回的光来减慢宇宙飞船的速度。

(图片来源:pyjt.gov.cn)

  另一个问题是,大少数能够搭载宇航员的星际飞船都很轻便,只能在外太空组装。为了将修建材料送入轨道,需要进行几十次太空任务,并进行更屡次任务来组装飞船。为了使费用不会过高,必须设计出一种更经济的方法实现太空发射任务。这就是太空电梯可能派上用处的中央。

  太空电梯

  太空电梯将是纳米技艺的一种革命性使用。太空电梯是一条从地球延长到外太空的长杆。你可以进入电梯,按下回升按钮,而后被敏捷送入轨道。因此当助推器火箭从发射台发射时,你也不用忍受超重力的苦楚。相反,你的太空之旅就像乘坐电梯到百货公司的顶层一样轻松。就像杰克的豌豆一样,太空电梯好像可以抵抗重力,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论证了太空电梯的可能性。19世纪80年月,他受到埃菲尔铁塔的开导。他问本身,如果工程师能够建造这样庞大的布局,为什么不继承往外太空延长,再建一个呢?他能利用简单的物理道理证明,准绳上,如果塔足够长,那末离心力就足以使塔对峙竖立而不必任何外力。就像绳子上的球因为扭转不会失落到地板上一样,地球自转的离心力也可以保证太空电梯不会倒塌。

  火箭可能不是进入太空的独一道路,这个想法是斗胆勇敢保守而又使人高兴的。但这立刻就呈现了停止。太空电梯线缆上的张力可能会到达1000亿帕斯卡,这高出了钢的断裂点——20亿帕斯卡。因此钢缆会断裂,太空电梯会失落下来。

  太空电梯的见解被搁置了近100年。阿瑟·克拉克等作家偶尔会提到它们。克拉克把它们写进了小说《天堂的喷泉》中。然而,当被问及太空电梯何时能实现时,他答复说:“大概在大家都制止讽刺它以后的50年安排。”

  但是没有人再笑了。忽然之间,太空电梯好像再也不那么遥不可及了。1999年,NASA的一项末尾研究评估了一架配有3英尺宽、30英里长的线缆的电梯,估计其可以载重15吨。2013年,国内宇航科学院宣布了一份长达350页的陈诉,认为如果有足够的资金和研究,到2035年就有可能建成一个有效载荷为20吨的多少倍的太空电梯。估计其价格凡是在100亿到500亿美元之间,这只是飞往国内空间站的耗费——1500亿美元的一小部分。与此同时,太空电梯将有效载荷送入太空的成本低落了5%。

太空电梯设想(图片来源:https://cn.bing.com/images/search?view=detailV2&ccid=DfAYx1   7d&id=0D03559225777359483CCE3B237305191C9C5DFF&thid==0)

  问题再也不呈现在底子物理学上,而是出现在工程学上。现在科学家正在进行仔细的盘算,以断定能否可以由纯碳纳米管制造太空电梯线缆,因为这些碳纳米管强度非常大,不会断裂。但是,我们可否制造出足够长的纳米管,不停延伸到数千英里外的太地面呢?从目前看,谜底能否定的。制造长度超过1厘米的纯碳纳米管难度极大。你可能传闻过曾经可以制造出长达几英尺的纳米管,但它们现实由复合材料制成。它们由收缩成纤维的纯碳纳米管的细丝组成,得到了纯纳米管的奥妙性质。

  为了激发人们对太空电梯等项目的爱好,NASA推出了“百年挑衅计划”,鼓励那些为太空项目发明后代技术的宇航员业余人士。它曾举行过一场比赛,请求参赛者提交一款微型电梯雏形的部件。在我主持的一个电视特别节目中,我跟随一群年老的工程师参加了这项比赛。他们信任太空电梯将使普通人也能升入天堂。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。我们的电视特别节目试图浮现新一代工程师的热忱,他们盼望建立将来。

  太空电梯将完全改动我们进入外太空的方法。外太空将不再是宇航员和军事飞行员的专属领地,而会成为儿童和家庭的乐土。它们将为太空观光和产业供给一种有效的新方法,并使在地外组装包罗星际飞船在内的复杂板滞成为可能,包括那些能像光一样快的飞船。

  但现实地说,考虑到我们面对的巨大工程问题,太空电梯可能要到21世纪末本领完成。

  曲速引擎

  一天,一个男孩读了一本儿童读物,改动了世界历史。那是1895年,都会刚末尾通电。为了明白这个奇怪的新现象,男孩拿起了阿龙·伯恩斯坦所著的《天然科学普通读本》。在这本书中,作者让读者设想本身在一根有电流的电线旁骑行。男孩想知道,如果用一束光代替电流会有什么结果。他能超过光速吗?他揣度,既然光是一种波,光束就会看起来运动不动,被工夫解冻。但即使在16岁时,他也认识到历来没有人见过运动的光波。在接下来的十年里,他不停在苦苦思考这个问题。

  1905年,他终究找到了谜底。他的名字叫阿尔伯特·爱因斯坦,他的实际被  称为狭义相对论。他发现人们无法跨越光速,因为光速是宇宙中的最终速度。速度一旦接近光速,就会发生奇怪的事变。你的火箭会变得更重,火箭里面的时间会变慢。如果你以某种方式达到光速,你会变得无穷沉重,时间也会制止。这样看,这两个前提都是不可能实现的,这象征着你不能冲破光的屏障。爱因斯坦好似成为了宇宙街区的警察,设定了宇宙的最终速度极限。从那以后,这种障碍一直搅扰着一代又一代的火箭科学家。

(图片来源:5156edu.com)

  但是爱因斯坦并不满意。固然相对论可以表明许多光的秘密,但他还想把他的理论使用到引力上。1915年,他提出了一个惊人的表明。他认为已经经被视作惯性和动态的空间和时间,现实上是动态的,就像可以曲折、拉伸或曲折的平滑床单。按照他的假设,地球不是因为受到太阳引力的吸收而围绕太阳活动,而是因为太阳使其四周的空间弯曲而使地球围绕其转折。时空布局鞭笞地球围绕太阳以弯曲的道路运动。简单地说,运动不是因为引力的拉动。相反,是因为空间的鞭笞。

  莎士比亚已经经说过,世界是一个舞台,我们是在舞台上出入的演员。把时空也想象成一个舞台。它曾经被认为是静态、扁平和绝对的,时钟在时空表面以均匀的速率运行。但在爱因斯坦的宇宙中,这个舞台是可以弯曲的。时钟以差此外速率运转。演员不可能在舞台上走过而不跌倒。他们大概会认为是一种不可见的“力量”把他们拉向不同的方向,而实际上却是弯曲的舞台推着他们。

  爱因斯坦还认识到他的狭义相对论有一个毛病。恒星越大,围绕它的时空歪曲就越大。如果一颗恒星足够重,它就会酿成一个黑洞。时空结构实际上可能会被撕裂,形成一个虫洞,这是穿越太空的一个通道或捷径。这个概念最先由爱因斯坦和他的门生内森·罗森在1935年提出,今日被称为爱因斯坦—罗森桥。

  虫洞

  爱因斯坦—罗森桥最简单的例子就是《爱丽丝梦游仙境》中的镜子。在镜子的一边是英国牛津的乡村落,另一边是仙境的奇异世界。爱丽丝只要一把手指从镜子中伸出来,就立即会被传递到那边。

  虫洞是电影中最受欢迎的题材。韩·索罗通过虫洞推动千年隼号穿越超太空。西格妮·韦弗在《捉鬼敢逝世队》中饰演的角色翻开的冰箱就是一个虫洞,她通过这个虫洞不雅察全部宇宙。在C.S。刘易斯的《狮子、女巫和魔衣橱》中,魔衣橱是毗邻英国乡村落和纳尼亚的虫洞。

  虫洞是在对黑洞进行数学分析时发现的。黑洞是一颗坍缩的巨星,它的引力非常强,强到连光都无法逃脱。它们的逃逸速度是光速。在过去,黑洞被认为是静止的,而且有无穷大的引力,被称为奇点。但是太空中所有被记录的黑洞都在快速扭转。1963年,物理学家罗伊·克尔发现当一个黑洞旋转的速度足够快时,它就不用然会坍缩成一个点而是一个的旋转环。因为离心力制止它继承坍缩,所以这个环是稳定的。那么所有落入黑洞的东西都到那边去了呢?物理学家还不知道。但有一种可能性是,物质可以通过所谓的白洞从另一边出现。科学家一直在探求能释放物质而不是吞噬物质的白洞,但迄今为止尚未发现。

  如果靠近黑洞的旋转环,你会看到空间和时间发生了难以相信的歪曲。你可能会看到数十亿年前虫洞引力捕捉的光束,乃至还可能看到自己的正本。你体内的原子可能会在一种“意大利面条化”的令人不安的致命进程中被潮汐力拉伸。

  如果进入旋转环本身,你可能会从另一端平行宇宙的白洞中被摈除了出来。想象一下,把两张纸相互平行地放在一起,然后用铅笔在纸上钻一个洞,把它们连在一起。沿着铅笔行走,你会经过两个平行宇宙。然而,如果你第二次穿过这个环,就又会进入另一个平行宇宙。每次进入环,你都会进入一个不同的宇宙,就像进入电梯可以在公寓楼的不同楼层间移动一样。只不内在这种情况下,你永久都回不到统一楼层。

(图片来源:作者提供)

  当你进入环时,其引力是无限的,所以你不用然会被碾碎。然而,如果环的旋转速度不够快,它会在你身上坍塌并杀逝世你。但是通过参加一些名为负物质或负能量的工具来报酬地稳定环是可能实现的。因此,一个 稳定的虫洞是一种均衡,其关键是对峙正能量和负能量的得当比例。你需要少量的正能量来自然地创造宇宙间的通道,就像黑洞一样。但你也需要报酬地制造负物质或能量,以保持其大门关闭,防备其坍塌。

  负物质与反物质很不雷同,它从未在自然界中被发现过。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坠落。(比拟之下,反物质理论上会向下而不是向上坠落。)如果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。也许这就是我们没有找到它的来由起因。

  尽管物理学家没有发现任何负物质存在的证据,但负能量实际上已经在实行室被创造出来。这让科幻小说迷的盼望仍然存在,他们幻想着有一天能穿越虫洞飞向迢遥的星球。然而,在实行室里产生的负能量是微缺少道的,远不能驱动一艘星际飞船。要想产生足够的负能量来稳定虫洞,需要一项非常后代的技术。所以在可预感的将来,虫洞超级驱动星际飞船超越了我们的本领范畴。

  总而言之,负能量的确存在。如果能以某种方式收集到足够的负能量,我们准绳上可以造出虫洞板滞或曲速引擎,实现科幻小说中一些最猖獗的理想,但是这些技术另有很长的路要走。与此同时,我们将利用21世纪末可能会在太空中快速移动的光帆,为大家提供围绕其他恒星运转的系熟手星的第一张特写照片。到了22世纪,我们也允许以在核聚变火箭上不雅察这些行星。如果能解决摆在面前的复杂工程问题,我们甚至可能使反物质发动机、冲压喷气聚变发动机和太空电梯成为现实。

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