本帖最后由 sonic5188 于 2010-10-6 20:45 编辑
又回到老问题了，我两个月前发的帖子就是在说Gliese 581
http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=143939&highlight=%2Bsonic5188
我们设想，不久的将来我们发现了一颗系外行星非常类似地球，距离地球大约20光年。人类各国联合建造了一个1吨的探索飞船载满探测仪器前往该星球。又假设当时的人类拥有一个激光加速器能将能量100%的用于对飞船的加速，其速度目标值是50%的光速，以便我们的这个飞船能在40年内到达(同时又假设减速装置不占用任何质量，减速效果非常完美)。在这个的条件下，加速器要给飞船施加多少能量呢？
根据E=mc²=m0c²/√(1-v²/c²)可以计算出来。
把速度v从0提高到c/2，m0=1t=10^3kg
E1=m1c²=m0c²/√(1-0²/c²)＝m0c²
E2=m2c²=m0c²/√(1-c²/4c²)
W=E2-E1=（2m0c²/√3）-m0c²
≈0.1547m0c²
=0.1547 * 10^3kg * (3*10^8 m/s)2
≈1.4*10^19J
(如果目标速度是80%c，需要的能量是6.03*10^19J)
2009年全世界全年发电量约为25万亿千瓦特小时
E2009=2.5*10^13 * 10^3 W * 3600s =0.9*10^20J
按满负荷运转计算，全世界发电机组的总功率为28.54亿千瓦。
（国际能源署（IEA）发布的《世界能源展望2009》中，IEA预计全球电力需求将会以2.5%的速率增长，到2030年世界发电装机容量将达到48亿千瓦。）
由此可见，将一艘1吨重的飞船加速到光速的一半，不考虑能量损失，需要2009年全世界一年发电量的15.5%。(若是光速的80％，这一数值将是66.8%)
如果将来人类能掌握核聚变技术，100%的将质量转化为能量，将1吨的飞船加速到光速的一半需要0.1547吨的质量转化为能量。如果使用最可行、最安全的热核反应形式：
²D+³He→4He +p+γ (氘+氦３＝氦４+质子+γ射线)，该反应有一个中子转化为质子并产生能量，整个反应中有0.022％的质量转化为能量。
综上所述，2757.3吨氦3和1838.2吨氘(重氢，氢的同位素地球上含量丰富)参与热核反应能有1吨质量转化为能量，不考虑能量利用效率和损失，432.9吨氦3只能将1吨的飞船加速到光速的一半。
按月球上氦3为500万吨左右计算，人类未来不干任何事也只能将11000吨左右的物质加速到光速的一半，这是个十分打击人信心的一个数字，要知道这么多氦3全部用来发电够人类用1000年。
也就是说，如果人类未来要移民，而未来能量来源是氦3核聚变，穷尽1000年的能量也只能发射一个11000吨左右的一次性飞船（而现在的航空母舰是10万吨，和大型核潜艇差不多），而这样的飞船估计最多只能载500人，因为需要生命维持系统，还需要殖民开拓的机械工具。。。。。。这充分说明了载人恒星际旅行的极端奢侈性。
一、实际过程中的加速与减速问题
实际的飞船加速过程也是很难实现的。曾经有人提出一个最可行的方案是激光加速器，用激光推动飞船加速，我们假设为1吨重的飞船提供为期一年功率不变的直线加速（这要求激光能量在0.3光年的加速路径上不衰减，实际上也很难做到），发射1吨重的飞船，需要4.4亿千瓦的加速器，是现今全球发电机组功率总和的15.5%。如果用一个热核聚变核电站需要每小时将49.42公斤氦3和32.94公斤的氘消耗掉，这样的热核反应堆也许在将来是可以出现的。但是这么多能量密集的集中在一个只有1吨的物体上，任何物体都将瞬间蒸发。所以加速过程也是一个难题，困扰了天文学家很久，仍然没有什么好办法。
更严重的问题是如何减速，需要消耗与加速过程同样多的能量后才能将飞船速度降低到目标恒星的引力范围内，1吨的飞船如何产生如此大的能量，即便1吨飞船的现实世界解决不了。。。。。。
二、反物质引擎谬论
有人会说还有反物质可以解决上述问题，他似乎没有搞清楚反物质的由来。在宇宙诞生后不久，大爆炸产生的正物质和反物质发生全宇宙范围内的湮灭，全部转化为能量，巧的是我们的宇宙正物质的产生量比反物质的产生量多了大约10亿分之一，那10亿分之一正物质就是现今的所有宇宙物质，那可是数千亿的星系。当然，当年大湮灭后的反物质的漏网之鱼直到137亿年后的今天还存在，所以我们可以探测到，只不过会越来越少，原因是其137亿年来未碰到任何正物质。人类今后甚至可以制造反物质，但如果用正物质制造反物质，需要的能量甚至比其自身湮灭产生的能量还要多，没有任何意义。被动收集到的反物质数量极少，只能在量子级别描述，无法应用到现实层面。所以，反物质引擎也是虚幻的产物。
三、无奈的妥协
这时，有人会说：“好了，够了，我知道这一切都很艰难了，那么我降低要求吧，我只希望能够在43年后，在有生之年能看一眼离我们最近的南门二一眼就心满意足了，不需要飞船减速，只要掠过这组三合星拍一张近距离的照片发回地球就OK。这只要求我们的探索飞船达到光速的10%，而我们的科技又非常现进，这样的探测器只要100公斤。”
那么再运算一遍，可以得到以下数值：
将100公斤探测器加速到10%光速需要的能量为5.04*10^-3 m0c²，4.54*10^16J，世界2009年发电量的2000分之一，2030年的3400分之一，是将1吨飞船加速到50%光速所需能量的300分之一，那么，相应的激光加速器的功率将为220万千瓦(一个大型核发电站的功率),进行为期一年的加速，我相信这么大的能量物质应该能够承受，这个模式是在未来核聚变反应堆的条件下是可以实现的。 |
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