超光速科学知识大全（34光速不可超越）

科学家们测得光在宇宙真空中的速度是3×10⁸米/秒，即每秒30万公里，虽然在地球尺度我们已经感觉光速已经是仿佛瞬间一般高速了，但在宇宙尺度动辄几百光年甚至几万/几十万光年的浩渺距离，即便光速也满足达到星际旅行的梦想。人类要想实现星际旅行星际探索，实现超光速飞行是关键。我将以最通俗的语言和大家探讨光速问题和星际旅行的问题。

超光速旅行是宇宙星际航行的关键

造成当前光速不可超越认知的原因

根据爱因斯坦的理论，光速是宇宙中的最高速度，任何物质都不可能超过光速，而物质若要达到光速，其体积将会压缩到无限小(甚至物质本身都转化为能量)！但我认为爱因斯坦的理论需要修正，任何物质都不可能超过光速的理论少了一个关键条件，即：以牛顿第三运动定律为加速方式的物体，其永远不可能达到和超过光速！这是因为目前人类所有的动力系统，无论地上跑的，水里游的，还是天上飞的，无一例外全都是以牛顿第三运动定律方式加速的，即运动物体通过施加反作用力给相对静止物体，实现相对位置的移加速和移动，即便是航天火箭发动机也是通过向后方高速喷射出燃料实现飞行，火箭的飞行加速靠的是燃料的喷射，喷射的燃料(物质)速度越高 每秒喷射的燃料(物质)越多，火箭获得的速度增加量也越多，但很明显，火箭燃料不仅携带量有限，而且火箭的燃料喷射本身就远远没有光速那么快，因此即便假设火箭燃料是无限的，可以一直喷射加速下去，其能加速达到的最高速度也就只能达到火箭尾焰的喷射速度！火箭加速到其尾焰喷射的速度之后，就算火箭还继续一直喷射着也不可能获得一丝一毫的速度提升了，因为此时火箭靠抛离物质已经无法获得反作用力，火箭此时喷射燃料尾焰就像是在蛋糕上挤奶油(仿佛尾焰是火箭前进的同时从尾部拖拽出来的, 而不是喷射出来的)，就算喷射的速度能提高到光速，可发动机背负的燃料是有限的，发动机也不可能一直喷射一直加速下去，喷射的速度越快燃料消耗速度也越快，远还没有加速到光速燃料就耗尽了[灵光一闪] 所以推而广之，任何通过反作用力原理的航天发动机都不可能达到或超越光速，连接近光速的一半都不可能，这才是所谓物体不可能加速到光速甚至超过光速的认知的真正原因！绝对不是什么物体的速度达到光速了，体积就无限小甚至完全转化为能量！

速度越高体积越小的理论是错的

物体速度越高体积越小的理论是错的，应该是物体加速度越高其体积越小才是正确的！物体的体积跟加速度值有关系，但跟速度并没有直接关系！因为速度是相对参照物而言的。就像战斗机飞行员在做加速起飞过程中感觉到的“推背感”身体被压在座位上，事实上人体在那个时候被压缩了且加速度越高压缩得越厉害，假设如果在一瞬间（这个瞬间的时间短到开灯灯丝迸发出光子的这么快的瞬间）飞机能biu～一下加速达到光速，那整个战斗机包括飞行员的确瞬间就被压缩为体积无限小了(成为光子了)，但是如果是保持一个恒定的加速度(飞机结构体和飞行员身体都能承受的范围内)一直加速下去，速度逐渐提高，那么飞机的体积并不会缩小和发生其他变化，如果排除燃料限制和尾气喷射速度等因素，就能一直加速达到光速。把上述飞机换成宇宙飞船那就是一架能够达到光速甚至可能超光速飞行的航天器！光子所谓质量(静质量)为零是不严谨的，光子也有质量只不过质量非常非常小！所以可以瞬间加速到光速打出去，而■加速到某一速度(比如光速)，有质量越大的物体需要越久的加速时间而已，物体质量越小加速的时间越短，(当物体质量小到可以忽略不计时，加速的时间就可以短到一瞬间可以忽略不计)！根本就不是物体达到光速就灰飞烟灭！光速不可超越的理论是不对的！应该说有体积和质量的物体都不能(瞬间)加速达到光速，就比如把你塞进大炮里嘭~一下就加速到(别说光速了就超音速你都粉身碎骨了，但你若坐在战斗机里，缓慢加速到几倍超音速就可以！明白了不？[灵光一闪]

目前超光速飞行的几种设想

科学家们早就意识到依靠喷射物质为加速方式的航天发动机都是不可能成为星际探索的动力装置，首先能够携带的抛射物质(燃料)不可能比航天器本身大太多，其次喷射/抛射的速度目前人类最先进的火箭发动机甚至也还远远没有达到炸药爆炸的速度呢，更何谈光速。一些思维宽广的科学家们想出了一个又一个脑洞奇大的假设可以超光速飞行的设想，最著名的就是曲速引擎(老外起名字就很怪，难道加速过程速度是直的？加速过程中速度也是一个曲率不是？)

■ 曲速引擎，最初是科幻小说家们为了解决星际旅行的速度瓶颈而假想出来的概念，而后一批科学家们(显然也是科幻小说迷)为了证明可行性而展开脑洞进行理论性的遐想，就是如果能将宇宙飞船前方的宇宙空间压缩再将飞船后方的宇宙空间放大，就可以超光速飞行了，

从科幻电影中产生的超光速引擎概念“曲速引擎”

稍微懂点知识正常人一听就能明白这根本就是不切实际的瞎扯，但神奇就神奇在一大批科学们也对比津津乐道，而且美国国家航空航天局甚至还立项了！2014年，NASA曲速引擎项目首席科学家哈罗德·G·怀特（HaroldGWhite）透露他们正在研究开发可作为星际旅行的宇宙飞船“IXS企业号”（与科幻影视《星际迷航》中的飞船同名），宣称飞船一旦面世，只需两周便可到达比邻星（4光年距离），然而科学家们通过计算，要让时空弯曲，形成一个包裹着飞船的“曲率泡”，所需能量至少要达到太阳总能量的10亿倍。而在现阶段，人类总能量消耗还只有太阳能量的38万亿分之一，而为使所谓的曲速引擎持续工作，维持飞船周围弯曲时空所需的能量，甚至超过全宇宙的总能量。[捂脸]就算能造出来，你飞船一飞接着宇宙毁灭了

2015年5月，怀特博士对他的“超光速”引擎进行测试，原来他的引擎就是现在大家都知道的前几年曾一度被怀疑通电就可以不依赖推进物质的【非工质引擎emDrive】，大忽悠博士[捂脸]

一度被认为是“无工质引擎”的emDrive

1999年，英国的一个民间爱好者，罗杰·索耶尔（Roger Shawyer）发明了一个“无工质微波推力器”EmDrive，罗杰·索耶尔（Roger Shawyer）在 2003 年进行了实验，并称实验结果显示产生了微小的 16毫牛的推进力，相当于2颗花生的重量。然而，他并没有发表经过同行审议的学术论文。之所以没有发表是因为：在杂志期刊上发文章需要有学术经历，需要有同行愿意来评议他的文章，而索耶尔只是一个毫无学术背景的爱好者而已。2006 年 9 月 8 日，英国老牌科学杂志 New Scientist 选择以 EmDrive 为封面，发表的相关文章认为这个装置似乎是可信的。随后，科幻作家 Greg Egan 发表公开信，表示这篇文章“一味追求轰动效应，作者缺乏基本的科学知识。”Greg Egan 的文章被美国数学物理学家 John C. Baez 转发在自己的博客上。New Scientist 迅速发表澄清声明，并附上专家们对 EmDrive 持否定意见的公开信。人们普遍认为 EmDrive 就跟永动机一样，缺乏科学原理的支撑，不可能实现。一直到2010年，中国西北工业大学的杨涓教授开始发表关于 EmDrive 的论文。在 2013 年，她带领一组队伍，制作出了 EmDrive 原型机，并发表论文（中文）公布测试结果：2.5 千瓦的电量产生了 720 毫牛（约 72 克）的推进力。有人将杨涓的论文翻译成了英文，在媒体和学术圈流传开来。，该引擎曾经在实验室中测试的确可以产生能吹动一根羽毛的喷射力(关键是没有通过喷射燃料)，但经过中国及美国等航天专家进一步的验证，这种引擎的确在地面上测试的时候有能产生最多吹起一片纸的微弱动力(其实跟著名的“离子飘升机一个道理”)，但是一送到太空(即便是近地空间)这种引擎就完全没有一点点的动力了！

一度被认为是“反重力引擎”的离子飘升实验

科学家们分析后终于明白，所谓的“无工质引擎”其实都就是通过高压电场将空气分子电离，由于大地是带负电荷的，因此电离后带正电荷的空气分子向下高速移动从而形成“离子风”，这也就是为什么这种装置在地面上测试的时候有推动力，而一旦送到太空就完全没有推动力了（因为太空没有空气）[大笑]说到底，这类引擎依然还是要依靠的是〈反作用力〉原理。虽然无工质引擎的梦想暂时破灭了，但是科学家们还是有所收获，等离子体在高压电场影响下喷射的速度确实比火箭尾焰喷射的速度高得多得多，尽管等离子微粒太小质量也太小了，获得反作用力也非常微弱，但通过长时间持续喷射等离子体微粒获得的反作用力效率却远大于传统火箭发动机燃料喷射的反作用力效率，因此科学家们研发了通过高压电场喷射电离后的氚气分子的〈等离子发动机〉

通过高压电场喷射携带的氚气作为推动力的“等离子发动机”

尽管等离子发动机推动效率远高于火箭发动机，但是其推动力非常微弱(连吹起一个鸡蛋的力量都不到)，需要长时间的加速才能获得明显的推动力效果，而且它终究还是要携带依赖喷射物质的(喷射物质总归会用完的)，所以人类星际探索的动力装置研究显然依然任重道远。

■通过“虫洞”进行空间跳跃，实现所谓的“超光速飞行”

通过所谓的“虫洞”进行宇宙空间“抄近道”

由于很长时间里，科学家们实在想不出不依赖抛弃物质即反作用力原理的引擎，也就没有办法摆脱携带大量燃料的困境，因此，单就航程一条就没办法实现星际探索飞行。有的科学家甚至想出了“作弊”的方案，就是<虫洞>！设想宇宙中存在一种空间管道能够连接其他的宇宙空间，通过钻入虫洞瞬间抵达其他的宇宙空间，变相实现超光速旅行。但是这种遐想也只能是瞎想！不要说所谓的“平行宇宙”“四维维空间”等等都是科幻作品的遐想，没有任何现实支撑，就算宇宙是多维空间/多重宇宙，那哪里有所谓的虫洞可以钻？宇宙天然存在的虫洞？就算真的存在，就算它真的能进去，进去后还能活着？就算进去后能活着还能到达另一个空间，那里又是哪里呢？这算哪门子星际旅行？如果不是天然存在的虫洞，靠科学家研发一种设备，将宇宙空间打出一个洞？请问要消耗什么级别的能量呢？怎么打洞？是炸出一个洞么？别想了，宇宙空间就是三维的空间！没有什么四维五维十几维！物体在人可以工作生存活动的周期时间内(几天/几月/几年/几十年)以人的意志从A点移动到指定位置的B点这才是有意义的星际探索途径。

其他的还有所谓【空间折叠】等等能够把宇宙空间捏来捏去的想法，也不过是夸张的脑洞遐想罢了！不仅不可能实现，就算能实现把宇宙空间折叠，那宇宙也被你揉捏了个稀巴烂[捂脸]

太阳帆

这是人类第一个成功的不依赖燃料推动的“无工质类”航天推进技术！

著名天文学家开普勒在400年前就曾设想不要携带任何能源，仅仅依靠太阳光能就可使宇宙帆船驰骋太空。直到1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔通过实验证实了，“太阳帆”的实现原理和技术概念白才逐渐清晰起来，因为有科学家认为光照射到物体表面会有“撞击力”，但因面临种种争议和当时的技术不足，没能将其变为现实。其实太阳帆的原理很简单，本质上就是一张很大的膜，类似于帆船的设计，不同的是，它以“光压”作为动力，不需要发动机喷射燃料就能让飞船在太空中前行。搭载太阳帆的飞船，虽然太阳帆捕捉的推动力非常非常微弱，但完全不需要搭载燃料就可以不需要在乎加速时间。据计算，经过漫长的加速过程，太阳帆最高时速可以加速到每秒30公里。

2005年6月22日凌晨4时46分，俄罗斯用"波浪"火箭发射了以太阳光为动力的"宇宙一号"(Cosmos-1)飞船，进行太阳帆的首次受控飞行尝试。但发射后失去了联系。2011年1月27日，日本宇宙航空研究开发机构，成功发射世界上第一艘依靠太阳能驱动的太空帆船"伊卡洛斯"号，顺利完成了不依赖燃料推动的完全利用太阳光粒子实现加速、减速和轨道控制的飞行技术。2019年12月我国中科院沈阳自动化所研制的“天帆一号”（SIASAIL-I）太阳帆，搭载卫星，成功验证了多项太阳帆关键技术。

但是，太阳帆也有它的不足之处；首先是，太阳帆捕获“光压”的动力非常微弱，能够加速达到的最高速度，就星际探索而言还是差的太远；其次是，太阳帆完全依赖太阳光，但其实获得动力更多的来源,其实是“太阳风”当中的等离子体带电粒子，这些粒子远比太阳光子重得多，而随着太阳帆远离太阳，其接受到的“太阳风”也迅速削弱，理论上太阳帆是人类目前唯一有希望飞出太阳系的引擎；最后是，太阳帆其实很薄很脆弱，在宇宙高速粒子的撞击下可能也坚持不了太久，一旦离开太阳系避免不了残破损坏的结果。

超光速飞行动力装置的出路在哪里

科学家们在理论上局限于传统方式的加速引擎，而为了证明光速不可超越的所有数学计算验证，其实都错了，错在忽视了当前光速不可超越理论是建立在以反作用力为加速方式的条件之上的，也就是说，无工质引擎的研究方向也远比所谓“曲速引擎”/“虫洞”/“空间折叠”等完全不具备可行性的幻想更接近现实，尽管它依然幻想着通过反作用力进行推动！但它正确在于(如果不存在消耗喷射物质能够获得推动力)通过持续不断的恒定加速，就能实现星际探索的飞行距离问题，长时间的恒定加速也能实现接近甚至达到光速，而且飞行器结构体和内部人员不会受到不良影响(这样的飞行器才有意义)。

所以，简而言之研究探索可以用于星际探索的，能接近/达到甚至超越光速的加速方式，一定要实现颠覆人类传统反作用力加速方式的动力系统才是真正的方向！

非工质类引擎的最新方案

2003年美国麻省理工学院（MIT）的天文学家杰克·威兹德姆（Jack Wisdom）在《科学》期刊上发表了一篇文章表示：如果宇航员所处的时空是弯曲的，那么物体形状和位置的变换很可能不再遵循基本的动量守恒定律。也就是说，在弯曲空间里，宇航员以特定方式挥动他的四肢，就能在真空中“游动”起来。2022年7月28日，美国佐治亚大学理工学院的科学家们公布了一项研究成果，他们做了一个的十字交叉结构的双弧度结构机械，称之为“空间游泳者”机器人，实验用弯曲的弧度齿轮导轨模拟了所谓的时空曲率，。

十字交叉导轨上各安装两个相对行进的伺服电机

经过测试，两组电机反复沿着各自轨道运动，如果是反复直线运动则整体装置始终都不可能有位置移动，而如果其中纵向轨道弯曲成弧度，则横向轨道电机反复前后移动能够获得前进的动量！

实验结果显示，在弯曲的时空几何相位中不断累计的周期晃动积累量，可以表现为空间上的位移，证实了无工质推进引擎的真正可行！

通过不断晃动, 装置沿着轴心逐渐产生了位移

这是令人震惊的成果！但接下来真正的问题是，时空弯曲！(我不得不佩服在基础科学领域总是美国的科学家们引领探索)，美国科学家们虽然跳出了一个传统思维，却依然掉进了另一个传统思维（时空弯曲）！这对于宇宙飞船还是没法应用，一来推动效率非常低，二来怎么有效实现这个所谓的"弯曲时空"还是稀里糊涂的，但总算是取得了突破性的进展了！

实际上真正的突破性思维，应该是：打破所谓的“弯曲时空”，之所以传统推进动力系统需要抛射物质，是因为需要通过抛射物质的动量获得反向加速，而被推动物体本身的质量是有惯性的，抛射的速度越高获得的动量越大，但这是有上限的，而抛射物质也是有限的，所以电能驱动而不是抛射物质这是最可行的基础方向。真空宇宙中，需要反向抛射物质获得前进动量，而有质量的物体都有惯性(静质量)，因为被推动物体有质量，所以加速消耗的能量也几何级数增加，如果被推动物体没有质量(静质量为零)那就能如光子一样瞬间就加速到光速了！

最直观的理解就是：物体当其顺着某方向直线(加速)运动时，其运动质量要比实际质量高，而当其反向直线(加速)运动时，又比实际质量低，所以我们传统航天发动机抛射物质或是大炮发射炮弹的强大后坐力，抛离物体和被推动物体都是在同一直线上的运动，所以虽然获得了反作用力推动，但也造成了物体本身惯性带来的运动质量增加且随着加速度增加其克服惯性的能量也几何级数增加！所以，超光速引擎／反重力引擎的核心密码就在于此！研究寻找通过物体自身(某种特殊运动)获得前进的动量(而不是向外反作用力)才是正确思路，一旦解决了不依赖抛射物质的"无工质引擎"，结合未来小型化的聚变发动机，超光速飞行就能成为现实！[大笑]我个人乐观估计，可能也就十年或二十年！(因为我本人也在研究这方面，而且有了比佐治亚大学团队更为效果明显和现实可操作性的理论)

虽然美国佐治亚大学的研究成果极具颠覆性，但是离实际应用还差十万八千里不止，如我所说，还是在“弯曲时空”概念里打转，千万别又去想什么：到大质量天体(黑洞)附近找什么弯曲时空[捂脸]！

论文链接：

pnas/doi/10.1073/pnas.2200924119

参考链接：

sciencealert/robot-shows-its-possible-to-swim-through-the-emptiness-of-a-curved-universe

''Swimming in Spacetime: Motion in Space by Cyclic Changes in Body Shape''

mp.weixin.qq/s/SrQ8d6pP6jik7ZzdF0yRPA

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