问题

怎么从未有见过有人去谈超光速时怎么去避障,不可能在你超光速的路线上一颗星球都没有吧?

回答
你这个问题非常核心,也非常切中要害!大多数关于超光速旅行的讨论,往往只关注了“如何实现超光速”,而忽略了“如何在超光速状态下导航和避障”这一极其现实的问题。这恰恰是科幻作品中常常被“简化”掉的环节,但从物理和工程学的角度来看,它确实是一个巨大的挑战。

让我们来详细探讨一下为什么超光速下的避障如此困难,以及在现有的物理框架下可能的(尽管是推测性的)解决方案:

为什么超光速下的避障如此困难?

1. 因果律与信息传播速度的限制: 这是最根本的原因。根据我们目前理解的物理定律(狭义相对论),任何信息或物质的传播速度都不能超过光速。这意味着:
无法提前预知: 如果你以超光速前进,你所能接收到的关于前方障碍物(如恒星、行星、尘埃云)的信息,其传播速度也是以光速(或更慢)进行的。那么在你到达障碍物的位置之前,你永远无法获得关于它的信息。等你看到它时,你已经撞上了。
无法提前规避: 即使我们能“看到”前方的障碍物,超光速的移动意味着你无法在障碍物出现之前做出任何减速或转向的动作。因为任何控制指令的发送都需要时间,而你在超光速状态下,你接收信息的路径和速度都受到了限制。

2. 绝对的速度优势: 超光速意味着你比光速还要快。但问题是,光速是宇宙中所有已知信息传播和相互作用的“速度上限”。这意味着你遇到的任何障碍物,其本身的信息传递速度都无法跟上你。
想象一下,你以每秒100公里的速度开车,路边有一个行人,他看到你时,你已经离他很近了。但他看到你的那一刻,你已经跑了一段距离。现在把速度放大到超光速,这种“看不见”和“反应不及”的程度是指数级的。

3. 缺乏“参照系”或“预警系统”:
在亚光速旅行中,我们有雷达、声纳、视觉等多种方式来探测前方物体,并根据物体的位置和速度预测其轨道,从而进行规避。这些探测手段本身都依赖于信息以亚光速传播的媒介(电磁波、声波等)。
在超光速状态下,这些传统的探测手段失效了。你不可能在超光速的情况下主动发射一个雷达波,然后等待它的反射信息回来,因为这个信息传播的速度还是受限于光速。在你接收到信息之前,你早已驶过那个区域了。

4. 未知与混乱的宇宙: 宇宙不是真空的,而是充满了各种大小不一的物体:恒星、行星、小行星、彗星、星际尘埃、气体云、甚至暗物质和暗能量的未知结构。即使是星际空间也并非绝对空无一物。在超光速的“盲驾”模式下,任何一个微小的尘埃粒子都可能对飞船造成毁灭性的打击。

科幻作品中的常见(但仍是推测性)的“解决方案”:

由于超光速避障在现有物理学框架下是无法实现的,科幻作品通常会引入一些“超科学”的设定来绕过这个问题。这些设定的核心思想是:要么在进入超光速状态前就规划好路径,要么在超光速状态下获得一种“超乎寻常”的感知能力。

以下是一些常见的科幻设定和思考方向:

1. 曲速引擎(Warp Drive)与“泡泡”理论:
概念: 像《星际迷航》中的曲速引擎,它不是让飞船本身超光速移动,而是扭曲飞船周围的时空。飞船被包裹在一个“曲速泡”中,这个泡泡的前方时空被压缩,后方时空被扩张,使得泡泡(以及飞船)整体能够以一个“表观上”超过光速的速度前进,而飞船本身在泡泡内部仍然是以亚光速甚至静止状态。
避障机制:
时空感知: 曲速泡在移动过程中,可能会“感知”或“感受”到前方的时空结构变化。这有点像飞船的“外壳”在与时空相互作用。如果前方有巨大的质量(如恒星),它会引起时空弯曲,曲速泡可能会在这种弯曲中感受到“阻力”或“不平坦”。
预先映射与规避: 在启动曲速引擎之前,飞船可以利用先进的星图和引力探测技术来绘制出目的地的详细三维地图,包括所有已知天体的精确位置和轨道。然后,在进入曲速状态前,计算出一条“避开所有已知障碍物”的曲速航线。这种方法类似于在高速公路上提前规划路线,避免撞上大坑。
动态调整(非常困难): 最具挑战性的是如何在超光速(或曲速)状态下进行动态避障。如果理论上曲速泡能够与它周围的时空进行某种形式的“信息交换”,那么它或许能“预测”到前方即将出现的时空异常(例如一颗突然出现的、未被探测到的行星),并提前(相对于曲速泡内的飞船而言)调整曲速场的形状来避开它。但这依然需要一种超越光速的信息传递来影响曲速场,这本身就存在理论上的悖论。

2. 虫洞(Wormhole)或超空间跳跃(Hyperspace Jump):
概念: 这类技术不涉及在正常时空中以超光速移动,而是利用宇宙本身的“捷径”或“另外的空间”来瞬间或超快速地到达遥远地点。
虫洞: 理论上连接宇宙中两个不同时空点的“隧道”。
超空间跳跃: 进入一个与我们宇宙不同的、物理定律可能允许超光速移动的“亚空间”或“超空间”,在其中快速移动后再返回我们的宇宙。
避障机制:
目的地选择: 这种方式的避障主要体现在进入虫洞或超空间之前的目的地选择。确保虫洞的出口没有障碍物,或者超空间中的路径是安全的。
导航(在超空间内): 如果在超空间中移动,那么超空间的物理环境本身决定了导航的难度。可能需要特殊的“超空间导航仪”,它能够感知超空间的“地形”和“洋流”,并指导飞船避开可能存在的“超空间礁石”或“危险区域”。但这种机制本质上是将避障问题转移到了另一个维度。
“固定”的航线: 很多时候,这些技术被描绘成通过预先绘制好的“航线”或“固定虫洞网络”进行跳跃,这些航线和网络本身就经过了安全性验证。

3. “预知”或“全息投影”技术:
概念: 飞船上拥有能够“看到”或“预测”前方一定距离内所有事物的能力,即使这些信息在理论上还没有到达飞船。
避障机制:
预知传感器: 假设存在一种能够直接读取或预测前方时空状态的“传感器”,它能以比光速更快的速度获取信息,或者通过某种量子纠缠效应直接“知道”前方发生了什么。这种技术将完全颠覆我们对信息传播的理解。
高精度宇宙建模: 在出发前,对整个宇宙进行极其精确的建模和预测,包括所有天体的运动轨迹。然后,在超光速飞行时,根据这个模型来动态调整航线。但任何微小的模型误差都可能导致灾难性的后果。

4. “受保护”的超光速:
概念: 飞船本身具有某种特殊的力场或结构,能够使其在超光速状态下“穿过”障碍物而不受影响,或者让障碍物在接触到飞船前“消失”或“偏转”。
避障机制: 这实际上是一种“不避障”的解决方案。它假设了飞船的超光速状态本身就提供了一种保护。例如,《神秘博士》中的“时间涡流”飞船TARDIS,虽然不是严格意义上的超光速旅行,但它被描述为能够规避物理障碍。

为什么目前的科学理论不允许超光速避障?

核心在于因果律的破坏。如果能以超光速获取信息并做出反应,那么你就可以“看到”一个事件在你发生之前发生,并阻止它。例如:
你可以回到过去,阻止自己发射超光速探测器。
你可以在一个事件发生前就已经得到通知,并采取行动。

这会导致悖论,例如“祖父悖论”。因此,任何允许超光速“导航”的理论,都需要一个比现有物理学更宏大、更完整的框架来解释,并且能够规避因果律的破坏。

总结一下:

在你提出的“怎么从未有见过有人去谈超光速时怎么去避障”这一点上,你的观察是敏锐的。这是因为在现有的物理学框架下,超光速旅行本身就存在巨大的理论障碍(如因果律、信息传播速度),而基于这些理论框架的避障更是无从谈起。

因此,科幻作品中对超光速避障的“解决方案”,本质上都是引入新的、未被证实的物理概念或技术,来绕过或解释这些障碍。例如:
改变移动方式(曲速、虫洞、超空间),而不是在常规时空超光速移动。
假设存在一种“超光速感知”能力。
通过极其精密的预先规划来避免潜在风险。

目前来看,解决超光速避障问题的“关键”,在于找到一种能让我们在超光速状态下“提前得知”信息,或者“在信息传递速度限制之外行动”的机制。这依然是科学探索和科幻想象的重要领域。

网友意见

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谈超光速飞行的科幻故事,一般会对实现超光速意味着什么样的毁灭性力量避而不谈,以免让想要讲的故事从基部开始崩溃。

对超光速飞船来说,没有值得躲避的障碍。

例如,你可以了解一下曲速引擎需要多大的能量或负能量。

物理学家米给尔·阿库别瑞(Miguel Alcubierre)在 1994 年提出的阿库别瑞度规定义了曲速引擎的时空,按照广义相对论来解读,这是一种洛伦兹流形,允许一个曲速泡出现在原先平坦的时空中,并在实质上以超光速移动。
制造曲速泡需要巨大的负能量,但后来有其他学者改进其数学模型,用曲速环的形式将拖动较少物质需要的负能量压缩到卡西米尔真空可以承担的范围附近。
即便这样,在超光速前进的过程中飞船前方的时空里还是会堆积越来越多的负能量粒子。它们会在飞船减速到真空光速以内时一口气喷射出去。

星际迷航之类有曲速飞船登场的科幻影视剧中的表现从来都不是曲速环。靠曲速泡,对应木星质量的负能量顶在船前方才能拖动 10 吨级的飞船超越光速,这船朝着敌方怼过去就可以捅穿一切常规物质了,如果严格地这样拍摄,剧情也会很难办。
有这种引擎,对着敌人的航天器、太空建筑或天体系统开到最大就能拆得一塌糊涂,实在不适合正常的故事。一般科幻作者都会选择不写这些技术细节。
不用负能量的话,木星级别的质量只能实现亚光速曲速飞行,超光速要更大质量。

理论上,曲速飞行的飞行器是可以立即朝任意方向转向的,可以做到 UFO 传说里的直角转弯、锐角转弯、突然加减速之类。当然,在地球大气里这样做会立即粉碎地球。

“在你超光速的路线上一颗星球都没有”是很正常的现象。宇宙是一个很大、很空旷的地方,而且科幻小说里谈的超光速手段经常是虫洞、空间折叠之类“路径上不会有你意料之外的物体”的技术——他们不想先写主角驾驶超光速飞船将前方的一切障碍物都捅成四散的光子再写主角拿着发光的烧火棍跟强敌肉搏。

在根本上,如果飞行器能超越真空光速,那么这飞行器已经超越了因果律。题目要对一件无视因果律的东西谈“能不能”变轨机动、怕不怕撞上“一颗星球”什么的,你觉得这真的会有什么必要吗。

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