到火星只需20分鐘?NASA科學家設計粒子加速引擎,可達到99%光速

到火星只需20分鐘?NASA科學家設計粒子加速引擎,可達到99%光速

在浩瀚無垠的宇宙中,人類確實是一個非常渺小的存在,即使到我們最近的近鄰比鄰星,也有4。2光年的距離,就是用我們現在飛得最快的飛行器,也需要10多萬年的時間才能抵達,所以製造一種可以接近光速的飛行器就成了人類不懈的夢想。現在,一位名叫大衛·伯恩斯的美國宇航局(NASA)工程師,就提出了一種近光速粒子加速相對性螺旋引擎概念,聲稱無須任何燃料推進劑,就可讓飛船達到光速的99%。

到火星只需20分鐘?NASA科學家設計粒子加速引擎,可達到99%光速

哇!太好了,到以後到火星就只要20分鐘了,到比鄰星也只需要四五年的時間,到時候就可以去到阿凡達的故鄉,看看潘多拉星球的植物究竟是不是發光的了。但是且慢,伯恩斯的概念和此前鬧得沸沸揚揚的EMdrive不可能性引擎一樣,很可能還沒有物理定律的支撐。

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伯恩斯供職於NASA在阿拉巴馬州的馬歇爾太空飛行中心,最近設計了一個螺旋發動機的概念,利用近光速下的質量改變效應來推動物體前進,完全可以稱之為相對論的直接應用了。這個概念目前已發表在NASA的技術報告伺服器上。

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普通盒子

伯恩斯發動機的原理很簡單,一個盒子一根杆,杆上套上一個圓環,盒子裡的彈簧推動圓環運動,到底部後又反彈回來形成振盪。正常情況下,這個裝置的效應會讓盒子來回擺動。然而伯恩斯設想,假如能讓圓環滑動時質量增大,那麼盒子的一端就會比另一端更重,這樣就會導致盒子加速前進。,

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相對論盒子引擎

要怎樣才能實現這種加速呢?伯恩斯認為,狹義相對論已經提出瞭解決辦法,那就是讓物質以近光速運動,這樣質量就會增加。他設想用粒子加速器代替圓環,粒子在一個衝程中迅速加速到相對論速度,而在接下來的衝程中則迅速減速。在這樣的情況下,實際上可以不要盒子和杆,而將粒子加速器設計成螺旋形進行橫向和圓周運動,同樣可以達成加速的目的。

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伯恩斯設計的這種加速器長達200米,直徑為12米,剛好是馬斯克SpaceX公司此前設計的太空運輸系統的兩倍長,所以也不至於把人們的腦洞嚇得夠嗆。然而尷尬的是,這種引擎需要在沒有摩擦的太空環境中執行,而且效率極低,165兆瓦的功率才能產生1牛頓的力——剛好和你敲鍵盤的力量差不多。伯恩斯對此信心十足,雖然力道很小,但只要一直加速下去,這種引擎本身就能達到光速的99%。

不過其他科學家對此不怎麼抱希望,因為所有慣性系統都不可能得到完全無摩擦的工作環境,即使伯恩斯發動機直接利用相對論效應,也沒有辦法避開這個魔咒,光是摩擦力就足以讓相對論微小質量效應產生的推力望洋興嘆了。

論文:https://arc。aiaa。org/doi/10。2514/6。2019-4396

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