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要飞出太阳系,并非一定要掌握可控核聚变,其实我们还有一条捷径

2020/6/30 17:03:44 来源:原创 浏览:

1977年,“旅行者1号”探测器发射升空,经过了43年的飞行,现在的它已经飞到了200多亿公里之外,早已摆脱了太阳风的侵袭,成为了迄今为止人类所制造的距离地球最远的物体。这样的成绩看上去是令人感到欣慰的,但假如从太阳系的范围来看的话,你就会发现,“旅行者1号”探测器所飞行的距离根本就不值一提。


天文学家告诉我们,太阳系真正的边界是“奥特星云”,这是一个包裹着太阳系的球体云团,其半径大约为1光年,即9.46万亿公里。也就是说,“旅行者1号”探测器飞了那么久,其实连太阳系半径零头的零头都没有飞到,而它要飞出太阳系,还需要上万年的时间。所以如果要问人类为什么无法跨越星际,那么最直接的答案就是人类无法征服宇宙中的距离。

为什么会这样呢?我们一般都会认为这是因为人类缺少强大的能量来源,从而无法为飞行器提供足够的动力,正因为如此,我们才特别期待可控核聚变技术的成功,因为这种技术可以给我们带几乎无限的能量。


然而你可能不知道的是,要飞出太阳系,并非一定要掌握可控核聚变,其实我们还有一条捷径,从理论上来讲,人类之所以无法跨越星际,可能只是因为我们缺少一种物质。

这种物质就是“负物质”,注意,“负物质”并不是我们常听到的“反物质”,它们的区别在于,“反物质”是指与普通物质状态相反的物质,而“负物质”则是指质量为负的物质。下面我们来看看这种物质有哪些特性。


在给一个物体施加一个力F的时候,这个物体就会具备一个F/M(M指物体的质量)的加速度,其方向与F相同,这是普通物质所表现出来的特性,而对于“负物质”来说,由于它的质量为负数,所以在这种情况下,由“负物质”构成的物体,会具备一个-F/M的加速度。也就是说,它的加速度是与F相反的,比如说当F的方向是向前时,它的加速度方向却是向后。

我们不难推测出,当普通物质被万有引力吸引时,“负物质”却表现为排斥,这就意味着“负物质”是反引力的。但这些都不是重点,重点是如果将普通物质与“负物质”混合在一起,我们就可以得到质量为零的物质,道理很简单,质量为1公斤的普通物质加上质量为-1公斤“负物质”,其总质量就为零。


想象一下,假如我们拥有一艘质量为零的宇宙飞船会怎么样?答案就是我们只需要给它一点点动力,就可以让它的速度迅速提升,而因为它的质量为零,完全不受相对论的“质增效应”的限制,所以这艘宇宙飞船就可以达到光速。

显而易见的是,要得到这“一点点动力”并非一定要掌握可控核聚变,事实上这完全可以由我们现在所使用的化石燃料来提供,这就意味着,只要我们找到了这种物质,就可以轻易地飞出太阳系,从而通过这条捷径完成人类跨越星际的梦想。


看到这里可能有人会说了,这只不过是一个基于数学的推论,实际情况却是,宇宙中根本就不可能存在这种物质。其实不然,尽管我们现在还没有关于“负物质”的确切证据,但在过去的研究工作中,科学家还是找到了一些蛛丝马迹暗示了“负物质”存在的可能性。

首先就是“卡西米尔效应”,科学家发现,如果将两块表面光滑的薄金属板平行置入真空中,那么在这两块金属板靠得足够近的时候,就会受到一种使它们互相靠近的力——“卡西米尔力”。


需要指出的是,“卡西米尔效应”在1948年就由物理学家亨德瑞克.卡西米尔(Hendrik Casimir)提出,直到1996年才得到证实,之所以拖了这么久的时间,是因为验证“卡西米尔效应”的实验要求极高,必须要非常严格地排除由引力和电磁力所产生的影响。

“卡西米尔效应”告诉我们,真空可以“推着”这两块金属板互相靠近,这就说明了这两块金属板中的能量比真空还低,而众所周知,真空的能量是零,那么比零还低的能量是什么呢?答案就是“负能量”。

根据爱因斯坦的描述,能量和质量只是物质的两种表现形式,在一定的条件下,它们是可以互相转换,这就意味着,从理论上来讲,“负能量”也可以转换成“负质量”。

除了“卡西米尔效应”暗示了“负物质”的存在以外,在2017年的时候,华盛顿大学的物理学教授迈克尔.福布斯(Michael Forbes)的研究团队还在实验室中观察到了一种具有“负物质”特性的原子。


在实验中,研究人员将一些原子(铷原子)冷却到接近绝对零度的温度,从而让它们形成了“玻色-爱因斯坦冷凝物”,在此之后,当研究人员用一组激光束来“踢动”它们时,观察到了一些原子表现出了“负物质”的特性,即当它受到向前的力的时候,却会具备向后的加速度。



总而言之,宇宙的神秘远远超出了我们的认知,虽然“负物质”是基于数学的推论,但这并不违反物理规律,并且还有迹象暗示了它们存在的可能性,因此可以说,我们要飞出太阳系,并非一定要掌握可控核聚变,其实我们还有一条捷径(或许还有更多),而现在的人类之所以无法跨越星际,可能只是因为我们缺少这种物质。

本文参考资料:M.A. Khamehchi et al, Negative-Mass Hydrodynamics in a Spin-Orbit–coupled Bose-Einstein Condensate, Physical Review Letters (2017).



好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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