我们能否飞行到类地行星Gliese 581g？（转）

                            我们能否飞行到类地行星Gliese 581g？                                                

                                        blackhat  发表于 2010年10月06日 13时00分 星期三                                          

                               
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                来自物理学告诉我们什么是不可能部门        
                                                                                                                        

                               
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                                        天文学家最近在红矮星Gliese 581的“可居住区域”发现了一颗非常有可能维持生命的类地行星Gliese 581g，它距离我们只有20光年。问题是我们能否赶过去看一看？科学家进行了一番计算：一位科学家根据目前的太空技术估算出总的飞行时间多达18万年；另一位科学家比较乐观，他认为如果我们建造出物质-反物质引擎，把飞船飞行速度加速至光速的92%，飞行时间将缩短至地球时22.4年，根据爱因斯坦相对论时间膨胀效应，飞船上的宇航员仅仅经历了6.1年。但完成整个旅行的一大难题是：燃料质量至少是飞船本身质量的530倍。

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。

莫说92%光速，就是1%光速都很难实现，

反物质引擎是伪科学，制造反物质的能量要比它湮灭产生的能量多100倍，如果用来做星际旅行，那将是最大的能源浪费！

即便研制成功了，就像那个科学家说的那样，需要飞船自身530倍的正反物质湮灭，而这530倍的质量是不被计算在加速质量内的。

现今飞船发射速度记录是新视野号的16.26公里/秒，光速的18500分之一。

即使能加速到那个速度 制造探测前方障碍的雷达是个大问题吧

我们以后肯定要利用恒星的资源来进行恒星际飞行的。
至于方法嘛，我们现在还不知道。

回复 5# gohomeman1


    你的想法是对的，没错，就是“戴森球”

    光子和电磁波是未来光速旅行的唯一载体。

目前阶段，所谓反物质物质引擎纯属YY
虽然有极少数YY可以成为科学发现的序幕
但我们连反物质的性质什么都不知道，就开始想用它做动力系统，太不靠谱
实际上我怀疑反物质也许就是数学上的一个概念，实际存在不存在，不知道

回复 7# inter06

这个怎么说呢，正电荷电子、负电荷质子早就发现了，你说这算不算反物质。

回复 8# gohomeman1


    是用粒子对撞机撞出来的吧，这个按概念来讲应该算
    我是菜鸟，有些只存在于10的负N次方时间段内的东西还不大能理解

回复 9# inter06

你错了，高能宇宙线中一直存在（反质子貌似很少，正电子多了去了）。

其实把任何物体加速到光速或是超过光速之后这一物体所处的时空系统将不再是我们发射它的时候的时空系统了，我们现有时空系统的物理学定律将对它失去意义，爱因斯坦的相对论认为超越光速的行为将让我们有可能回到过去，所以，这种飞行方式注定是不可行的。其实我们实现遥远的星际航行还有另外两种方式），一是是通过虫洞！虫洞：在物理学上是连接两个不同时空系统的一个奇点（估计也可能是唯一真正可行的方式），然目前这种星际旅行的方式还只是停留在科幻阶段；另外一种方式就是所谓的时空折叠，我们知道在万有引力的作用下光线也是可以弯曲的，同样，时空也一样，只要可以有足够的能量，就可以把两个相距遥远的空间进行对折，这样它们彼此之间的直线距离就会大大缩短，从而实现远距离星际旅行，这种方式也很科幻，80年代美国有一部风迷全球的动画片《太空堡垒》，里面就讲过这种技术。

能飞出地球已经很了不起了

回复 11# 冷月无声777


     这里只讨论现实的事情，天马行空的虫洞没有任何意义，现在连最小的虫洞都无法被发现被维持

     而目前最可行的“超光速”技术，是已经发现的量子纠缠现象，可以实现信息超光速传递，可以翻翻我以前发的帖子！

     对于量子纠缠的产生原因，我个人臆测为量子层面是我们宇宙时空的“边界”，量子纠缠多维交织时空的产物。

     但这只能是信息的“超光速”关联，物质能量是无法超光速的！

     所以我得出的结论，如果要进行恒星际旅行，最关键就是量子纠缠通讯的应用，和人类意识的量子信息化。

http://www.astronomy.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=144109&highlight=%2Bsonic5188

14楼的，学习了，顶个！

回复 14# sonic5188

现在还没有证据表明，量子纠缠能够超光速。

回复 10# gohomeman1


    感谢，还得多学习啊

回复 16# gohomeman1

    这点我知道
    你要注意“超光速”我打的是引号，是信息的瞬时关联表达，
    量子纠缠现象本身就不是运动，何谈超光速

真的要想星际旅行.....至少以现在的科技还不可能，必须来个革命性的进步，突破现在基本物理框架才行

我们这代人恐怕是看不到了哦。。。。