科學家對未來宇宙的四個大膽驚人設想

  科學家對未來宇宙的四個大膽驚人設想

  連接地球與宇宙太空梯

  如果製造連接靜止衛星與地球表面的太空梯,那麼即使不用火箭也能造訪靜止衛星,這不就能隨心所欲地進行衛星修理和旅遊宇宙了嗎?二個世紀50年代前蘇聯工程師尤利·阿爾圖塔諾夫提出這個設想。這個想法在後來的科幻小說中經常出現。

  從理論上講,太空梯並小神奇,在地球赤道的海面上建造一個平台,從靜止衛星上降下一條長達10萬千米的纜繩,把它錨定在平台上,隨著地球同步旋轉,由於旋轉所產生的離心力恰好抵消了地球的引力,它便得到了一個向外的張力,於是將太空梯豎直起來,它就像你在頭頂上甩動一根一頭拴著小球的繩子一樣。然後,用一個由激光或場提供能量的升降器在纜繩上下移動,運送乘客或貨物。與地球上的公共交通工具一樣,太空梯內的列車也將設置成雙向對開,並在適當高度安裝“站台”,以便乘客和貨物上下。這些站台實際是周定在太空梯上的空間站,它們的重量包括列車的載重乃至行駛位置應該在最初設計時就考慮進去,它關係到太空梯的平衡。如果失去平衡,巨大的拉扯力是很難靠太空梯本身的強度來抵消的。事實上,即使處於完全平衡狀態,按照計算,目前尚無一種能滿足太空梯抗拉強度的材料,這也是太空梯構想面臨的又一技術難題。據現在材料而言,理論上抗拉強度能滿足太空梯需要的唯有上個世紀末發現的納米碳管,因為它的材質比鋼鐵堅硬許多倍。

  反物質讓人類進入深空

  上個世紀末美國航天局推出了反物質發動機的初步設想。通常物質與反物質反應引起“對湮滅”現象,它們的質量全部轉化為能量,所釋放出的能量是現代航天飛機裡使用的氫氧燃燒劑釋放能量的100億倍,是核電站裡核裂變反應釋放能量的1000倍,是核聚變反應釋放能量的300倍。一片阿司旺林大小的反物質同物質湮滅產生的能量足以讓一艘飛船巡弋幾百光年,而航天飛機那麼巨大的燃料箱和推進器中的燃料完全可以用100毫克的反物質代替。所以製造能量大、質量輕的反物質發動機是最佳選擇。

  目前研究的反物質發動機設計方案按其湮滅方式有固體核心、氣體核心、離子漿核心和粒子束核心4種。第一種湮滅是在固體核心的熱交換裝置內進行,產生的熱量將氫推進劑加熱,然後從噴口噴出,接著的兩種是將反物質直接與氫推進劑發生湮滅反應,分別以磁場控制產生帶電介子或離子漿,並通過對氫推進劑的加熱或離子漿的噴出產生推力。最後一種是直接通過一對一的湮滅,然後以磁場控制帶電介子,並把它們直接從噴口噴射出去。這種方式的優點是只需要反物質燃料,不需要推進劑,可以極大地減少飛船的負載。使用粒子束核心發動機的飛船速度可能達到116千米每秒,而70年代發射的旅行者1號和它相比簡直就像只烏龜,只有17.4千米每秒。預計使用粒子束核心反物質發動機的飛船從地球到火星只需要24小時到兩個星期。

  黑洞發電站給人類提供能量

  隨著地球能量的日益枯竭,人類進入了匱乏的時代。有趣的是,吞食一切物質的可怕怪物黑洞卻潛藏著巨大的能源,供人類今後開發利用。
  眾所周知,發電機是由轉子和定子組成的。導電的轉子在有磁性的定子中旋轉即導體切割磁力線,就可產生電流。對此,法國天體物理學家T·達摩設想,在一個帶電旋轉黑洞周圍設置一個磁場,由於黑洞的旋轉,就可發出強大的電流來。當然,由於黑洞能量被提取,黑洞的旋轉速度將逐漸減慢,不過這是一個非常緩慢的過程。

  英國著名物理學家羅傑·彭羅斯提出一種利用黑洞轉動能的理論機制。以旋轉的克爾黑洞而言,最外邊是靜止界限,往裡是視界(外視界與內視界),靜止界限與視界之間是能層(儲能區),中心是環形奇異點。彭羅斯設想,將一個物體逆著黑洞旋轉的方向放入黑洞的能層,這個物體的能層中被黑洞的潮汐力(前後的引力差)分裂為兩部分,一部分被黑洞捕獲落向黑洞中心,另一部分帶著從黑洞吸收的能量被拋出黑洞,回收被拋出的部分,就可利用它從黑洞中獲得的能量。

  有可能控制地震或火山噴發

  地震或火山噴發的能源是巨大的地幔對流。即使再有多少個千年後,人類的智慧也無法制止地幔的對流。但是控制地震或火山噴發在原理上是有可能的。我們的目標是主動地迴避地震的危險,以期在某特定的區域不發生地震,或有計劃地在特定的時間發生地震,一點一點地釋放能量。眾所周知,地震每級間能量差30倍。代替8級地震,我們可以在時間上分散為引起6級地震千次左右。如果分散為4級地震,則必須引起上百萬次地震才行。如果能發生很多次對人體沒有感覺的小地震,則可以消解大地震的發生。
  那麼,如何控制地震發生呢?關鍵在於地殼的性質。構造地殼的岩石有“結構敏感性”,即對於非常小的物理條件的變化,岩石的微結構發生大的變化,宏觀的各種性質會發生異常變化。眾所周知,如果讓含砂的地基受到振動,則鬆軟的地層發生像流出液體那樣的“液化現象”。同樣,反覆對地殼施加微小的力,則可能使地殼的強度下降、變形。事實上,只要稍微改變黏土含水,則硬度有很大變化。據此,如果向地下岩石注入含表面活性劑的水並通電流等操作,則地殼的強度、形變以及地下水泊流動敏感地發生變化。類似地,我們用與地震同樣的原理控制火山噴發。

 




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