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出版者:

作者:杨波

出品人:

页数:692

译者:

出版时间:2002-7-1

价格:38.00元

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787215045361

丛书系列:

图书标签:

• 元代文学
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《星际航行：曲速引擎的奥秘》 内容简介： 本书深入探讨了人类跨越星际的终极梦想——曲速引擎的理论基础、工程实现及其对未来文明的深远影响。我们生活在一个广袤无垠的宇宙中，即便是光速，也难以在宏大的尺度上实现有效的探索与交流。传统的推进方式，如化学火箭或离子推进，在面对最近的恒星系时，也需要数百年乃至上千年才能抵达。因此，掌握超越光速（或看似超越光速）的旅行方式，是人类文明迈向星际时代的决定性一步。 《星际航行：曲速引擎的奥秘》并非一本科幻小说，而是一部基于现有物理学框架、结合前沿理论推演的硬核科普与技术展望专著。全书共分为五大部分，结构严谨，逻辑清晰，旨在为对高等物理学、空间工程学以及未来学感兴趣的读者提供一个全面、深入的视角。 --- 第一部分：超越光速的理论基石 本部分首先回顾了爱因斯坦的狭义相对论，明确指出任何有质量的物体都无法达到或超过光速的物理限制。然而，物理学的边界往往在看似不可逾越的限制中找到新的出口。我们将重点介绍广义相对论为我们提供的“规避”方案——时空本身的弯曲与扭曲。 黎曼几何与时空流形： 详细解析了广义相对论中时空如何被物质和能量塑形的概念。曲速驱动的核心思想并非让飞船本身加速到超光速，而是通过在飞船周围创造一个局部扭曲的时空泡，使得飞船“搭乘”着这片被压缩和拉伸的时空区域向前移动。 阿尔库比耶雷度量（Alcubierre Metric）： 这是曲速引擎理论的奠基石。我们将精确分析阿尔库比耶雷度量方程的数学形式，解释其构造了一个“正面压缩、背面拉伸”的时空结构。同时，本部分将详细讨论该模型在数学上要求物质能量密度必须为负（即需要“奇异物质”或“负能量”）这一核心难题。 修正理论与量子引力展望： 鉴于负能量的实际获取难度，本部分会引入近年来涌现的对阿尔库比耶雷度量的修正方案，例如哈罗德·怀特（Harold White）的“甜甜圈”模型和“折叠几何”概念。我们探讨了如何通过更精妙的时空几何设计，或许可以降低对负能量的需求，甚至使其在某些量子场论的框架下成为可控的现象。 --- 第二部分：工程实现与奇异物质的挑战 如果理论上可行，那么工程上如何实现？本部分将焦点转向了将数学概念转化为可操作技术的巨大鸿沟。 负能量的物理学来源： 负能量，在量子场论中，通过卡西米尔效应（Casimir Effect）等现象被证实是真实存在的，但其能量密度和宏观可操作性是巨大的挑战。我们将分析目前已知的几种产生有效负能量密度的方法，包括对真空零点能的操控尝试，以及它们在工程规模上的局限性。 能量需求估算与可行性分析： 早期阿尔库比耶雷模型的计算显示，驱动一艘小型飞船所需的负能量等同于木星的质量。本部分将运用最新的理论模型，对比计算不同曲率设计所需的能量阈值，并探讨是否存在某种“临界点”或“共振机制”能够以远低于预期的能量启动曲速场。 曲速场的稳定性和控制： 即使能够产生曲速场，如何确保其稳定不坍塌？如何精确控制时空泡的形状、大小和速度？本部分将模拟曲速场与外部引力场（如行星或黑洞）相互作用时的复杂动力学行为，并讨论容错设计。 --- 第三部分：曲速飞行中的乘客安全与因果律问题 曲速飞行不仅仅是速度的问题，它还涉及到物理定律的根本约束——信息传递的限制和因果链的维护。 视界问题与信息隔离： 曲速泡的边界形成了一个“曲率视界”。本部分将详细解释为什么在曲速状态下，飞船内部的宇航员无法向外界发送信号，也无法预测曲速泡前方的空间状态。这涉及到“盲目飞行”的风险，以及如何设计传感器系统来感知前方时空结构的变化。 霍金辐射与曲速泡的“清理”： 著名的理论预测指出，曲速飞行在停止时，飞船前方的时空可能会积累大量高能粒子（类似于霍金辐射的效应）。这些积累的能量会在曲速场关闭的瞬间以高能射线的形式释放出来，这可能摧毁目的地，或伤害宇航员本身。本书将分析如何通过“反向加速场”或“梯度场设计”来平滑地消散这些能量积累。 时间膨胀与双生子悖论的规避： 重点分析曲速驱动如何巧妙地规避了狭义相对论中的时间膨胀效应，因为它不涉及飞船内部的加速，而是时空本身的变形。然而，这是否会导致新的因果律悖论？我们将探讨当前物理学界对“封闭类时曲线”（CTC）的担忧以及如何通过技术手段确保时间旅行的可能性被排除在曲速引擎的工作范围之外。 --- 第四部分：星际探索与文明的拓展 理论和工程的讨论最终要回归到应用层面。曲速引擎一旦成熟，将彻底重塑人类文明的结构。 银河尺度的殖民与资源获取： 计算在曲速驱动下，人类可以在多长时间内建立起跨越数千光年的星际网络。分析对稀有元素和能源的新获取模式，以及由此引发的星际政治和经济格局的变革。 新物理的发现： 曲速飞行将使我们能够直接探测到遥远星系的极端引力环境、超新星爆发的早期阶段，以及不同宇宙区域的暗物质和暗能量分布差异。飞船本身将成为移动的、最先进的粒子物理实验室。 星际通讯的革命： 尽管飞船本身速度超光速，但信息传递仍受光速限制。然而，稳定的曲速航线可以保障定期、可靠的、远超传统无线电的速度的“物理信息包”传输，极大地压缩了星际间的“通信延迟”。 --- 第五部分：人类心智与认知的重塑 本书最后一部分超越了纯粹的物理学，探讨了曲速引擎对人类哲学和心理学层面的影响。 “家园”概念的模糊化： 当一个世纪之内可以往返于银河系的不同区域时，地球作为唯一家园的观念将如何瓦解？对“人类共同体”的认同将如何演化？ 时间尺度的适应： 面对数十年乃至数百年跨度的星际旅行（即使相对论意义上时间膨胀很小），社会结构、文化传承和个体生命的意义将如何被重新定义？ 对外星智能接触的可能性： 曲速引擎是人类文明成熟的标志之一。本书推测，掌握了曲速技术的文明，其在银河系中的密度和活跃度将显著增加，从而提高与其他可能存在的先进文明相遇的概率。 《星际航行：曲速引擎的奥秘》是一部面向未来，立足于严谨科学的指南，它不仅试图解答“如何实现超光速飞行”，更试图预演“当我们可以做到时，我们将成为什么”。 本书作者简介： [此处应为作者的真实或虚构的学术背景介绍，强调其在理论物理、航天工程或相关领域的专业地位，例如：XXX博士，长期致力于广义相对论的工程应用研究，曾在XXX国家实验室主持过高能时空几何模型的模拟工作。]

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