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  • 科幻大未來:科學家認真思考「曲速航行」

    科幻大未來:科學家認真思考「曲速航行」

    拜愈來愈進步的天文觀測技術次賜,天文學家這些年發現了愈來愈多系外行星,而且有一些可能具備生命存在的條件,不過那些新世界都離我們太遠了,在數光年到數百光年之間,也就是說,即使我們以光速航行,都要花數年到數百的時間才會到達。不過在「星際爭霸戰」(Star Trek)這樣科幻故事裡,有一種稱為「曲速」(warp)的航行法,只要按下按鈕,這種花哨的驅動系統(其工作原理無法解釋),就會以相將帶領我們在極短的時間航越數百光年的距離,到到另一個完全不同於太陽系的世界。這原本只存在於科幻故事,但是,隨著引力波的發現,科學界開始認真思考曲速航行,是否在概念上可行。 \n今日宇宙(Universe Today)報導,今年8月19日至22日,在美國印第安納波利斯舉行的美國航太動力研究論壇期間,阿拉巴馬州立大學亨次維爾推進研究中心(PRC)的研究員約瑟夫·安格紐(Joseph Agnew)發表了一篇名為「曲速理論的技術檢驗,以及可行性」的演講,表示曲速推進的理論其實相對簡單,它不會只是科幻作家的空想而已。 \n「曲速航行」這個名詞,最早是1966年,科幻影集「星際爭霸戰」首次提出,當然只是科幻作家的架空科技而已,沒有任何理論基礎。然而到了1994年,墨西哥物理學家米蓋爾‧阿庫別瑞(Miguel Alcubierre)提出符合愛因斯坦廣義相對論的曲速航行假設,使得曲速航行有了理論基礎,他的理論被稱為「阿庫別瑞驅動法」(Alcubierre drive )。 \n阿庫別瑞認為,假如我們能證明宇宙空間是可以拉長以及壓縮的,那麼只要在太空船週邊建立起一個有別於現存宇宙的「扭曲泡泡」(科幻小說稱它為子空間),然後將前方的空間收縮,並將後方的空間擴展,那麼太空船不需自己移動,就能夠以幾十倍的光速前往遙遠的地方。 \n從理論上講,「扭曲氣泡」並不是是原本的時空中移動,因此傳統的相對論效應(例如時間膨脹)將不適用。 \n安格紐在演講時說:「我從小就著迷數學和科學,自然也對科幻小說和科幻理論感興趣。我很喜歡星際爭霸戰的《原初世代》(Star Trek: The Original Series ),以及續作《銀河飛龍》(Star Trek: The Next Generation),這系列作品預言或啟發了手機、平板電腦和其他便利設施的發明。 \n我思考劇集中的其他技術,例如光子魚雷(Photon Torpedo)、相位砲(Phaser )和曲速引擎(warp drive),我偶然發現了阿庫別瑞的原始論文,在消化了一段時間之後,我開始尋求其他關鍵詞和論文,並深入研究了該理論。」 \n除了安格紐,科學界也有其他阿瑞別瑞理論的支持者,比如美國航太總署詹森中心高級推進物理實驗室(Eagleworks)的哈蘭德「山尼」懷特博士(Harold“ Sonny” White ),他在2011年的星際太空船研討會上,提出了新的計算方法,認為曲速航行的門檻沒有科學想的那麼高,也並不違反愛因斯坦理論。 \n最近的科學發現也對曲速理論有了新幫助。2016年,科學界證實了黑洞合併造成的重力波(GWS),這發現既證實了愛因斯坦一個世紀前所做的預測,也證明了曲速航行的基礎存在於自然界。 \n安格紐說:「在我看來,發現重力波,是科學領域的一次巨大飛躍,因為它通過實驗證明了時空可以在巨大的引力場壓縮與拉伸,並且會如漣漪一般,在整個宇宙中傳播。這是愛因斯坦,但我們現在可以肯定了。」 \n「在我看來,下一個問題是:我們如何研究它,以及我們如何在在實驗室中產生?顯然,這樣的工作是未來的研究方向。」 \n安格紐也提到未來研究的挑戰。本質上,曲速引擎所需要的是一種以局部方式,隨意擴展和收縮時空的方式,這些工作圍繞在太空船週邊。我們可以肯定的是,要達成這樣的工作,能量密度很高,可能一種電磁場或質量的變化,才能引起時空彎曲。 \n要多大的能量,才能造成時空彎曲?有一種說法是「可能需要一整個木星質量的能源才能辦到。」這聽起來很不可能,但是,這個說法其實已經比過往的能源估計值已經有了很大的下降,以前的說法是「需要整個宇宙的能量才行」。 \n安格紐說,當然,木星質量仍然過大,所以仍然需要其他的重大進展,才能將能源需求降低到更現實的標準。實現這一目標的唯一可預見的方式,是通過量子物理學和超材料的進一步發展。包括更進步的超導體、干涉儀和電磁發生器,我們要先製造出可實驗的人工引力波,以確定扭曲空間的特性,這始終是一個挑戰。 \n安格紐的結論是:「到目前為止,曲速理論已經發現它是可能的,這已經有自然界的證據。既然在自然界發生,那麼我們就可能做出來。我認為曲速航行就像過往的重大發明,比如核能研究、航空電子設備、太空探索、電動汽車和可重複使用的火箭助推器一樣,這些已經問世的發明,在早期概念時都被認為不可能,但是我們都一步一步的克服困難,然後發明出來。」

  • 研究黑洞重力波有成 美3學者獲諾貝爾物理獎

    綜合外電報導,3名美國學者因鑽研雷射干涉重力波(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)有成而獲獎。魏斯(Rainer Weiss)、索恩(Kip Thorne)和巴瑞許(Barry C Barish)因為對雷射干涉重力波天文台探測器(LIGO detector)有卓越的貢獻,以及對重力波的深入觀察而共享本屆諾貝爾物理學獎。本屆獎金共900萬瑞典克朗(約3,500萬台幣),其中魏斯獲得一半,而巴瑞許和索恩則平分另一半。 \n \n魏斯現年85歲,生於1932年9月29日,是美國理論物理學者,因在引力物理學與天文物理學的貢獻而知名,是麻省理工學院物理學榮譽教授。在他學術生涯中最重要的成就為發展出雷射干涉術,其為雷射干涉引力波天文台(LIGO)的關鍵技術。魏斯是宇宙背景探測者(COBE)科學工作小組的主席。 \n \n現年77歲的基普·索恩,畢業於普林斯頓大學,多年擔任加州理工學院費曼理論物理學教授,專攻重力物理和天體物理學領域,是當今世界上研究在天體物理學領域的廣義相對論理論與實驗的領導者之一。 \n \n索恩應該是3位科學家當中,最有公眾知名度的一位。他在20年前曾與好友卡爾·薩根(Carl Sagan)、史蒂芬霍金(Stephen Hawking)一起討論「蟲洞來做星際旅行的可能」,之後薩根就根據這些討論,編寫著名的科幻小說《接觸未來》(Contact)。到了2011年,索恩受克里斯多福諾蘭(Christopher Nolan)導演之邀,參與科幻電影《星際效應》(Interstellar)的劇情安排與科學顧問,電影在2014年上映得到極大的成功,引起大眾願意理解黑洞、蟲洞這種高深科學。許多人不知道的是,劇情當中的黑洞公式就是索恩親自寫的,而且電影中目眩神迷的黑洞形象也是由超級電腦運算的成果,被公認是「最符合科學的黑洞形象」。 \n \n巴瑞許現年81歲,出生於內布拉斯加,成長於南加州,是加州理工學院物理系榮退教授。巴瑞許1957年在加州大學柏克萊分校(University of California, Berkeley)獲得取得物理學士學位,接著1962年因粒子物理實驗(Experimental High Energy Physics)取得博士學位,隨後在1963年加入加州理工學院。除了LIGO之外,他也從事基礎粒子、理解夸克的結構研究,因此曾擔任國際線性對撞機(ILC)的的前任主任。 \n \n大約100年前,愛因斯坦就預測,有重力波存在,但直到現今,它們仍難以偵測。如今麻省理工學院(MIT)教授魏斯,還有加州理工學院(California Institute of Technology)學院的巴瑞許和索恩因為發現愛因斯坦所預言的時空重力波,而獲得這物理學界最崇高的獎項。 \n \n作為全球物理學最高榮譽,從1901年起,每年10月由瑞典皇家科學院(Royal Swedish Academy of Sciences)遴選公布,用以表彰在物理學作出最傑出的科學家。物理獎亦是根據諾貝爾(Alfred Nobel)本人於1895年留下的遺囑中,設立的五個諾貝爾獎之一。 \n \n而獲獎的科學家除了將親赴瑞典領獎,亦可獲得國際諾貝爾獎基金會(International Nobel Foundation)頒發的高額獎金,今年獎金已確定調漲至900萬瑞典克朗(約3,347.6萬台幣)。 \n \n歷屆物理學獎中,首屆獎項由發現X射線的德國物理學家威廉·倫琴(Wilhelm Röntgen)獲得,而發明電晶體與超導BCS理論的美國物理學家約翰·巴丁(John Bardeen),則是唯一一名榮獲兩屆物理學獎的人,分別在1956和1972年獲得桂冠。 \n

  • 俄版「ID4」 《異星引力》外星船艦來襲

    俄版「ID4」 《異星引力》外星船艦來襲

    繼號稱俄版「復仇者聯盟」的《守護者聯盟》確定將於2月24日在台上映後,媲美《ID4星際終結者》的俄羅斯影史科幻災難鉅作《異星引力》,也確定將由車庫娛樂發行,訂於2月17日在台上映。《異星引力》今公開首波前導預告,超大型球狀外星船艦及外星人造型首次曝光,光這90秒的預告便足以令人期待不已。 \n \n《異星引力》劇情描述一艘來自外太空的不明飛行物體墜毀在莫斯科,目睹過程的人們在逃難之餘,大膽決定與外星人進行第三類接觸,試圖了解對方的來意。在見過太空船的內部與其「搭乘者」後,人們開始懷疑自身存在的意義,同時有一票人主張外星人應該離開地球,必要時將以武力相向。在甫出爐的《異星引力》前導預告中,可以看到無比巨大的球狀外星船艦以毀天滅地之姿席捲而來,破壞力極強的環狀軌道構造圍繞其周身運行,所到之處全部夷為平地。俄國出動空軍戰鬥機試圖探明對方來意,而在預告最後一秒外星人也現身了。 \n \n《異星引力》導演費多爾邦達爾丘克曾執導《第九連隊》、《史達林格勒》等票房戰爭大片,這次的執導相信對他來說已是駕輕就熟,人類與外星人浩大的戰鬥場面必定少不了,電影絕對精彩可期!媲美《ID4星際終結者》的俄羅斯影史鉅作《異星引力》將於2月17日全台震撼上映。

  • 外星人用重力波找到地球 可監聽整個宇宙!

    最近美國科學界被重力波(引力波)嗨翻天了,加州理工、麻省理工這兩所世界級頂尖高校,還有LIGO探測器運營方聯合宣布發現直接重力波信號。什麼是重力波(引力波)信號,還是直接探測,那麼是不是說還有間接探測的 \n沒錯,愛因斯坦在1916年的廣義相對論中預言了重力波(引力波)存在,人們在1974年間接發現重力波存在,2016年第一次直接證明重力波存在,愛因斯坦腦袋中兩秒閃過的一個靈感,人類花了100年的時間來證明。 \n從廣義上說,重力波產生於宇宙各種天體事件中,碰撞、合作等都會擾動周圍時空,將引力輻射通過波的形式傳遞出去。從這句​​話可以看出,重力波的傳遞距離是非常遠的,加州理工、麻省理工昨晚宣布的發現就是針對一個位於13億光年外的黑洞雙星重力波(引力波)觀測。 \n13億光年是個距離單位,意味著以光的速度前進,要花13億年的時間,13億年前的重力波(引力波)到今天仍然可以探測到,這說明重力波(引力波)是個星際通信的工具。麻省理工學院科學家菲爾德指出,如果無線電在星際通信中是非常落後的技術,而重力波(引力波)才是超遠距離通信的基礎。 \n外星人會用重力波(引力波)來和其他文明進行通信,監聽宇宙需要從重力波(引力波)著手。愛因斯坦在1916年就寫出了廣義相對論方程,如圖所示,這是愛因斯坦在1916年的原文,收藏在耶路撒冷希伯來大學內,這份歷史文獻真實還原了愛因斯坦關於重力波(引力波)存在的計算。 \n愛因斯坦發現廣義相對論的時候,就意味著人類打開了與其他文明溝通的大門,利用重力波(引力波)可與數億光年距離以上的文明進行聯繫。希伯來大學理論物理學家拉比認為上帝沒有關閉文明間聯繫的大門,重力波(引力波)是個最好的工具。

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