探索 | 人类对宇宙的摸索取决于速度

速度一直以来都是人类探索世界的主要手段。古时候速度上的局限性使人类无法触及地球的秘密。工业革命的到来让人类在速度上实现了质的飞跃。如今，借助高速的交通工具，人类可以轻易地周游地球的每个角落。随着科技的进步，人类不再仅仅局限于地球，而是将目光投向了广袤的宇宙。
宇宙的浩瀚超乎人类的想象。在宇宙中，距离不再以米或千米为基础单位，而是以光年为计量单位，光速也成为了描述速度的基本标准。即使光速在宇宙中也被视为缓慢的速度，想要横穿银河系，至少需要20万年的时间。由此可见，即使借助最快的速度，人类也不能轻易地探索整个银河系，更不用说走出银河系。这让人类深刻认识到，探索宇宙之路漫长而艰难。

▏人类现在的速度有多快？

由北美航空公司开发的X-15火箭飞机，其最高速度能够达到惊人的6.72马赫，相当于时速7200千米，使其成为有史以来飞行速度最快的有人驾驶飞机。而由美国防高级研究计划局开发的HTV-2，其速度同样令人咋舌，最高可达20马赫，每小时飞行24000千米，它是一款无人驾驶的飞行器。HTV-2以其高达音速20倍（6805m/s）的飞行速度而广为人知，能在短短的13分钟内从巴黎飞抵遥远的塞内加尔首都达喀尔。然而，这种飞行器在2010年的首飞中却遭遇了挫折，在飞行仅9分钟时，美国军方就失去了对其的控制，最终飞机坠入太平洋。HTV-2飞行器只生产了两架。这样的速度在地球上很惊人，但在宇宙中却是微不足道的。

说到目前人类最快的飞船，几十年前就已发射的探索者系列尤其值得一提，特别是探索者一号。经过不断的加速，其速度目前已达到了每小时60000公里。而2006年发射的新视野号飞船则更胜一筹，其速度达到了每小时58,536万千米。这样的速度在地球上看来无疑是极快的，但在宇宙中却如蜗牛般缓慢。从地球到柯伊伯带都需要花费几十年时间，更不用说要走出太阳系了。

为了突破宇宙探索的限制，科学家们一直在积极探索新的太空推进技术，如核聚变引擎和反物质引擎等。这些创新努力是推动人类不断深入探索宇宙奥秘的关键。尽管挑战重重，但我们必须勇往直前，因为宇宙充满了无尽的可能性和奇迹等待着我们去发现。

▏空间曲率引擎，正反物质引擎，核聚变引擎?

首先，先明确一点:以上三种引擎匀未实现。

一、曲率引擎

1、曲率引擎的提出

曲率引擎的概念，起源于对宇宙曲率原理的深入探索。早在20世纪初，爱因斯坦的广义相对论就为我们揭示了引力与空间曲率之间的关系。而在随后的几十年里，科学家们逐渐意识到，如果能够利用这种宇宙的自然属性，或许能够创造出超越传统物理极限的新型推进系统。

2、曲率引擎的基本原理

曲率引擎的基本原理，可以简单理解为利用空间曲率进行星际旅行。在这样一个系统中，飞船不再依赖于传统的推进力，而是通过改变周围空间的曲率，实现空间的“折叠”或“扭曲”，从而在短时间内跨越巨大的星际距离。

想象一下，如果我们将宇宙看作是一张巨大的弹性布，那么曲率引擎就像是在这张布上制造出一个局部的凹陷或凸起，使得飞船能够沿着这个曲率“滑行”，从而达到超高速的目的。

3、曲率引擎的实现方式

要实现曲率引擎，首先需要解决的是如何创造和控制空间曲率的问题。这涉及到对宇宙空间本质的深入理解和高度先进的科技水平。目前，科学家们提出了多种理论模型，如虫洞理论、宇宙弦理论等，但这些都还处于理论研究和实验探索阶段。

另外，要实现曲率旅行，还需要解决一系列技术难题，如如何维持空间的稳定性、如何确保航行过程中的安全、如何为飞船提供足够的能量等。这些问题都需要科学家们进行大量的研究和实验，才能逐步找到解决方案。

4、曲率引擎的意义与挑战

首先，曲率引擎的实现需要突破现有的物理定律和技术限制，这需要大量的研究和实验验证。其次，即使理论上可行，如何确保航行过程中的安全性和稳定性也是一个巨大的问题。此外，曲率引擎还可能带来一系列的伦理和社会问题，如人类是否应该改变宇宙的自然状态、如何平衡科技进步与环境保护等。

尽管曲率引擎目前还只是一个充满潜力的概念，但它无疑为我们揭示了一个全新的宇宙探索方向。随着科学技术的不断进步和人类对宇宙认知的深入，或许有一天，我们能够驾驭这种神奇的力量，在宇宙的广袤无垠中自由穿梭。

二、正反物质引擎

在物理学中，正物质是我们日常生活中接触到的所有物质，包括你我身边的一切物体。而反物质，则是正物质的镜像，它们的电荷、质量等属性与正物质完全相反。当正物质和反物质相遇时，它们会发生剧烈的湮灭反应，释放出巨大的能量。

正反物质引擎，就是基于正反物质湮灭反应原理设计的一种动力装置。其工作原理大致如下：首先，通过高科技手段制造出反物质，并将其与正物质一同注入引擎的燃烧室。在燃烧室内，正物质和反物质迅速湮灭，产生大量能量。这些能量被引擎转化为推动力，驱动飞船等载具前进。

正反物质引擎具有许多优点。首先，其能量密度极高，远远超过传统的化学燃料和核燃料。这意味着，使用正反物质引擎的载具，具有更远的航程和更快的速度。其次，湮灭反应产生的辐射相对较少，对环境的污染较小。此外，正反物质引擎还具有高度的可控性，可以根据需要调整湮灭反应的速率，从而精确控制载具的推力和速度。

然而，正反物质引擎也面临着许多挑战和难题。首先，反物质的制造过程极为复杂，需要消耗大量的能量和资源。目前，人类还没有找到一种高效、经济的反物质制造方法。其次，反物质与正物质接触后极易发生湮灭，对存储和运输提出了极高的要求。

尽管如此，科学家们仍在不断探索和研究正反物质引擎的相关技术。不久的将来，正反物质引擎将有可能成为人类探索宇宙、实现星际旅行的重要工具。其可行性远高于曲率引擎。

三、核聚变引擎

核聚变引擎这一设想源自对恒星的深度洞察。所谓的核聚变，或称融合反应，是一种在极端条件下发生的核反应形式。严格来说，只有在超高温和高压的境地，原子核的内部才能摆脱一切束缚。这里，两个原子核相遇，以强大的吸引力使其发生碰撞，进而发生原子核的聚合，生成诸如氦之类的更为稳定的原子核。中子，由于其不带电荷，也能在此过程中挣脱原子核的束缚并释放出来。这一系列过程的总释放能量，便是核聚变的实质。

这个过程蕴含着巨大的能量，当原子核发生变化，从一种原子核变为了另一种原子核，能量便随之释放。与核裂变相反，核聚变是与之相反的核反应形式。科学家们正在努力研究可控核聚变，这或许将成为未来的主要能源形式。

核聚变的燃料来源广泛，既包括海水，也包括一些轻核物质，这意味着其来源几乎是无穷无尽的。而它的另一个显著优点是清洁，不仅原料丰富，而且无任何有害排放，这在新型航天引擎的研究中，显得尤为突出。目前看来，可控核聚变引擎相比前两者，更具可行性。

激光约束（如我国的神光计划，美国的国家点火计划）和磁约束（如托卡马克、仿星器、磁镜、反向场、球形环等）是主要的可控核聚变方式，被认为是最有前途的。尽管目前离真正的核聚变引擎的应用还有一段很长的路要走。

▏未来50年内有望实现的先进推进技术

未来有望取代传统推进技术的新科技，那可能就是锂离子推进器了。几年前，美国宇航局曾实验过一款采用激光束驱动的锂离子推进器，其速度之快令人惊叹。这种推进器可将飞行器的速度提升至每小时160万公里，若能实现，无疑将使人类的太空探索大踏步前进。

想象一下，只需几年时间，锂离子推进器就能助我们轻松抵达火星，无需再等待那每两年一次的火星窗口。而要前往太阳系边缘的冥王星，也仅需一年有余。然而，尽管如此，我们仍无法成为星际文明，只有实现初步的亚光速飞行，能够轻松飞出太阳系，探索附近星系，才能真正步入星际时代。

为实现飞船的亚光速飞行，能源的突破至关重要。在物质引擎尚未实现之前，核聚变引擎或许是不错的选择。若人类的核聚变引擎能够成功应用，那人类的初步星际时代也将随之开启。然而，亚光速飞行仅能让我们探索太阳系附近的一些星系，更远的宇宙仍是我们无法触及的领域，只有突破光速的限制，实现超光速飞行，我们才可能自由探索银河系以及其附近的一些星系。

▏超光速就可以探索整个宇宙吗？

宇宙的广阔浩渺超乎想象，目前可观测的范围延伸至930亿光年，但这或许只是宇宙的冰山一角。真实的宇宙究竟有多大，至今仍无准确答案，而且它还在急速膨胀，何时会停止也是个未知数。即使是在这个930亿光年的范围内，超光速飞行也显得遥不可及。那么，在超光速之上，是否还有更快的速度呢？

如果说有什么速度比超光速更快，那或许只有在理论中存在的虫洞。虫洞也被称为空间通道，它连接着宇宙的各个区域，通过它，我们可以短时间内穿越遥远的空间。它的速度将远超超光速飞行，成为更高层次的宇宙跨越。那么，虫洞就是宇宙中极限的速度了吗？

科学的发展永无止境，速度的提升同样没有尽头。然而，到底什么样的速度才是极限，这个问题恐怕谁也说不清楚。就像温度一样，人们尚且不知道温度的上限在哪里，速度也是如此。我们只能不断探索，试图揭开这神秘宇宙的更多面孔。

（图片源自网络）

作者 | 几维鸟毕业于新西兰林肯大学金融专业。对大众科普知识拥有浓厚兴趣，曾在多个科普期刊上发表过科普文章。关注事实，积极探索前沿科技。