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出版者:机械工业出版社

作者:合肥工业大学工程图教研室编

出品人:

页数:282

译者:

出版时间:2004-4

价格:24.0

装帧:平装

isbn号码:9787111125273

丛书系列:

图书标签:

• 机械制图
• 工程制图
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• 工业设计

《星际航行：曲速引擎的理论与实践》 内容简介 本书是人类首次深入探索超光速旅行核心——曲速引擎理论与工程实践的里程碑式著作。它并非一本关于传统机械原理或平面几何的工具书，而是聚焦于粒子物理学、广义相对论在航天动力学中的革命性应用。 全书共分六个主要部分，涵盖了从理论构建到实际工程实现的每一个关键环节，旨在为下一代星际航行工程师和理论物理学家提供一本全面、深入的参考指南。 第一部分：时空几何的重塑——曲速场理论基础 本部分深入探讨了爱因斯坦场方程在极端能量密度下的修改与应用。我们从黎曼几何出发，阐述了如何通过引入负能量密度（或奇异质量分布）来弯曲局部时空结构。重点分析了“阿尔库比耶雷驱动”模型的数学严谨性，并对其在实际操作中可能遇到的因果律限制进行了详尽的讨论。 1.1 广义相对论与时空张量： 回顾了度规张量在描述引力场中的作用，并引入了曲率张量在构建曲速气泡边界时的数学表述。 1.2 负能量的物理学挑战： 详细分析了实现负能量密度所必需的量子场论效应，如卡西米尔效应的宏观放大方案，并评估了现有实验对“奇异物质”存在的间接证据。 1.3 稳态场方程的求解： 提供了求解曲速场方程的数值方法，特别关注如何维持一个稳定、非灾难性的“喉部”（Warp Throat）结构，以确保航行器安全。 第二部分：能量的悖论——驱动系统的能耗与优化 曲速引擎的核心难题在于其天文数字般的能量需求。本部分致力于寻找突破这一限制的工程路径。我们不再满足于仅仅计算理论上的能量下限，而是探讨了如何通过优化几何形状和利用零点能来降低实际驱动所需的功率。 2.1 量子真空零点能的提取： 研究了通过超导谐振腔和特殊排列的超材料结构，对真空能量涨落进行定向捕获和利用的可能性。 2.2 几何优化与效率提升： 引入了“非对称曲率剖面”的概念，展示了如何通过修改气泡的迎角和尾部结构，减少因时空梯度变化产生的辐射能耗。 2.3 脉冲与连续驱动模式的对比： 比较了间歇性地产生高能脉冲（以应对惯性效应）与维持低功耗连续驱动的优劣，并给出了在不同航程尺度下的最优能量分配模型。 第三部分：边界效应与导航——曲速场与外部环境的交互 曲速飞行并非在真空中“隐形”，气泡边界与星际介质（ISM）的相互作用是导致潜在灾难性后果的主要因素。本部分聚焦于如何管理和减轻这些边界效应。 3.1 冲击波的形成与衰减： 详细分析了气泡前缘粒子被压缩并加速至超光速后形成的“曲速冲击波”的物理模型。讨论了如何设计主动消散场来软化冲击波的强度，避免对目的地星系造成不可逆的伽马射线爆发。 3.2 导航与引力透镜效应： 曲速场会极大地扭曲前方的光线。本章提供了基于实时引力梯度测量的“曲率感知导航系统”的设计原理，确保航行器能够感知并避开未知的质量体（如暗物质云或流浪行星）。 3.3 航行中的物质捕获与清理机制： 探讨了小型星际尘埃在进入曲速场边缘时被加速至相对论速度的风险，并提出了基于电磁屏蔽和等离子体喷射的“边界清除系统”。 第四部分：结构完整性与材料科学 驱动曲速引擎所需的极端时空曲率，对航行器结构本身提出了前所未有的材料要求。传统合金在这种压力下会瞬间解体。 4.1 负质量/负压力结构支撑： 介绍了新型的“张力晶格”结构，这种结构利用精确调控的量子真空压力来抵消曲速场产生的结构剪切力。 4.2 磁约束场与反应堆屏蔽： 描述了用于约束和导引驱动核心的超导磁体阵列。重点在于设计能够承受数百万特斯拉磁场而不失超导性的材料体系。 4.3 惯性阻尼与乘员保护： 即使在曲速泡内，时空梯度的微小变化也可能对生物体造成致命的潮汐力。本部分详细介绍了“时空缓冲层”的设计，该缓冲层通过局部微调曲率来平滑加速度变化，确保乘员的生理安全。 第五部分：曲速引擎的系统集成与控制 理论的实现依赖于复杂的、实时反馈控制的工程系统。本部分将理论物理学转化为可操作的航天器子系统。 5.1 驱动核心的模块化设计： 探讨了如何将庞大的曲速发生器分解为可独立管理和冗余备份的单元，以提高系统鲁棒性。 5.2 实时场态势感知（FSA）： 开发了一套基于高频引力波传感器和光子探测阵列的集成系统，用于实时绘制和修正周围的时空拓扑结构。 5.3 紧急关闭协议与安全限制： 制定了当系统参数超出安全阈值时，如何安全地“释放”时空曲率，使航行器平稳地减速回亚光速状态的详细流程和软件逻辑。 第六部分：哲学与未来展望 本书最后部分超越了技术细节，探讨了曲速航行对人类文明的深远影响，以及未来研究的潜在方向。 6.1 因果律的边界与时间旅行的限制： 重新审视了封闭类时曲线（CTC）的数学可能性，并基于现有物理学框架，确定了阻止有意时间旅行的明确工程屏障。 6.2 跃迁点与空间锚定： 探讨了从一个曲速气泡到另一个气泡的“空间锚定”技术，即如何在目标星系精确重现启动时的时空条件。 6.3 后-曲速时代：对新物理学的需求： 展望了在成功掌握曲速技术后，人类可能需要探索的更高级理论，如统一引力与量子力学的途径，以实现对时空更精细的操控。 本书是专为具备扎实高等数学、量子力学和经典场论基础的读者撰写，旨在将科幻的愿景转化为可计算、可实现的工程蓝图。

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