咱们究竟能够飞多快？人体实践可濒临光速飞翔

乃至是采取绿色能源的赛车都曾经到达惊人的高速——但为了探索太空，咱们须要比这高得多的速率

这是一台离心机，飞翔员们会用这种装备测试人体能够耐受的过载极限

　　新浪科技讯  北京时光8月20日消息，据英国广播公司（BBC）网站报道，咱们人类痴迷于追求更高的速率——活动员们一直打破田径场上的世界记录，而美国空军则正致力于研制能够冲破5倍音速的高超音速飞翔器，每小时的飞翔速率可达6100公里。

　　但是这种飞翔器将是不载人的。但不载人的原因并非是人体无奈经受如许的高速活动，事实上，人类在此之前早就曾经以超越5马赫的速率活动过。但是咱们想要晓得的成绩是，人类能够蒙受的活动速率有不一个极限？

　　现在人类的最快活动记录由3名美国宇航员坚持，他们就是阿波罗-10号的三名宇航员。1969年，当他们乘坐的飞船从月球后方绕过时，他们相对地球的活动速率高达每小时39897公里。美国空间装备供应商洛克希德马丁公司的吉姆·巴里（Jim Bray）表现：“我想，在100年前咱们肯定不能想象人类竟然能够濒临每小时40000公里的速率活动。”

　　但在明天，咱们乃至能够很确定的晓得，不久之后这个记录就将被再次打破。巴里是美国正在正在研制的下一代载人飞船“猎户座”（Orion）的名目主管。这种新型飞船的计划旨在将宇航员送入低地球轨道，它将十分有希望冲破此前曾经坚持了46年之久的人类飞翔速率记录。

　　依据现在的计划，用于发射猎户座飞船的“太空发射体系”（SLS）火箭将在2021年发射升空，届时它将搭载宇航员访问一颗此前曾经被拖入月球轨道的小行星，将来则还将承担起向火星发射载人飞船的使命。在当前阶段，计划师们预料这艘飞船的常规最高速率能够到达每小时约3.2万公里。但即便使用猎户座飞船的基本配置版本，当年阿波罗10号飞船的飞翔速率记录就能够被冲破。巴里表现：“猎户座飞船的计划着眼于在其整个生命周期内将要承担的多种使命。它的飞翔速率还能够大大晋升。”

　　但即便是猎户座飞船也并不能代表咱们飞翔速率的极限。巴里表现：“并不什么具体的障碍阻止咱们人类飞得更快，除了一件事：光速。”真空中的光速大概是每小时10亿公里。那么咱们有不可能从当前的记录每小时4万公里开始逐渐晋升，最终到达濒临光速的程度？

　　有趣的是，速率本身——也就是咱们对活动快慢的度量——对咱们的身材而言并不存在什么极限成绩——只要这种活动时匀速且沿着一定偏向的就能够。因而，实践上人体是能够蒙受以濒临光速的速率飞翔的情形的。

　　但是，假设咱们能够克服建造出超快速飞翔器的技巧难题，咱们只要由水组成的身材依然将面对许多超高速活动条件下可能将会呈现的成绩。别的一方面，假如通过对现有物理学的升级或是全新的发现，人类有朝一日能够以超光速的速率飞翔，那么或许将会遇到意料之外的伤害。

美国新一代载人飞船“猎户座”将安装大批防护办法以确保太空飞翔的保险

　　过载的要挟

　　还有一点十分重要，那就是：只管咱们现在就能够实现每小时4万公里的超高速飞翔，但咱们依然必需缓慢减速到如许的速率，然后再缓慢地把速率减下来。快速的减速或减速对人体将是致命的：相信大家都看到过两辆高速行驶中的汽车迎面相撞时对车内人员身材的伤害情形——但要晓得这种家庭小汽车速率再快也就每小时几十或上百公里而已。

　　为什么会呈现如许的情形？这里就涉及到宇宙中一个十分重要的景象：惯性。任何有品质的物体都会抗拒对自身活动状态的改变。在牛顿第一定律中对惯性景象有着十分好的描述：任何物体都要坚持匀速直线活动或静止状态，直到外力迫使它改变活动状态为止。

　　巴里表现：“对人体而言，匀速才是好事。咱们应当担心的不是速率，而是减速率。”

　　大概一个世纪以前，实用型坚固飞机的呈现能够让飞翔员在高速飞翔中停止机动，良多飞翔员后来都报告了与速率与偏向改变相关的一些奇怪景象，包括长久的视力丧失以及感到自己的身材变得沉重或失重。这就是减速率的影响，或者直接就用多少个g来表现，它所代表的含义就是施加在一定品质的物体，比如人体之上减速率的大小。顾名思义，一个g就相当于地球的引力施加在人体身上的减速率，所谓重力减速率，其大小在海平面高度上约为9.8m/s2。

　　g的 偏向是垂直的，从头指向脚或是反过去。这对飞翔员或宇航员而言绝对是一个坏消息：当这一减速率（或称作“过载”）为负值时，血液从全身向人的头部集中， 导致头部呈现重大涨感，很像当咱们用双手倒立时的感觉。此时飞翔员会满脸通红，眼球充血。反过去，当这一减速率为正值时，血液从头部涌向脚部，在极端情形 下眼睛和大脑将呈现缺氧症状。此时飞翔员就可能发生视力模糊乃至长久失明的状况，最重大时会导致飞翔员的苏醒，专业上被称作“过载引发意识丧失”（GLOC）。有良多航空事故的原因都是飞翔员的长久失明或苏醒导致的。

　　一般人大致能够忍受从头向脚偏向大概5个g的连续过载，超出这一限度就会陷入苏醒。而受过专业训练并穿着专业飞翔抗压服的飞翔员则能够在高达9个g的连续强过载压力下依然意识清楚地操控飞翔器。总部设在弗吉尼亚州的美国航空航天医学协会履行主管杰夫·斯文特克（Jeff Sventek）表现：“就短时光内而言，人体能够蒙受远超9个g的过载压力。但假如连续时光过长，那就很少有人能够蒙受了。”

　　假如只连续很短的时光，咱们的人体能够蒙受十分强盛的过载而不会造成重大伤害。现在的这项记录坚持者是美国空军上尉小艾利·贝丁（Eli Beeding Jr）。他曾经在1958年的一次火箭发动机滑轨实验中记录到82.6g的惊人过载，当时他乘坐的安装了火箭发动机的滑轨器在10秒内减速到了每小时55公里。贝丁当场苏醒，但随后清醒过去后发现只是背部有些许擦伤。这是一次对人体蒙受力的绝佳展示。

美国空军正在开辟能够以超越5倍音速飞翔的超高速飞翔器技巧

　　飞向太空

　　基于所履行的不同义务类型，宇航员们也会经历较高的过载情况：一般火箭发射和飞船返回地面时他们须要蒙受3~8个g的过载。假如减速率的偏向是前胸向后背的，此时较高的过载对人体的影响是比较小的，因而咱们能够看到绝大部分的飞船计划中都会将宇航员们束缚在座椅上，使其面朝飞翔减速偏向，这是十分科学的计划。而一旦进入稳定的巡航飞翔阶段，此时飞船的轨道速率约为每小时2.6万公里，而此时宇航员将不会感受到速率的存在，就像咱们坐在高速飞翔的客机中十分舒适一样。

　　不过，假如说过载可能并不构成对猎户座飞船临时义务的要挟的话，小型的太空岩石则可能将会是一种要挟。这些细小的太空岩石颗粒能够到达惊人的运行速率，有些超越每小时30万公里。为了维护飞船和内部的乘员，猎户座飞船计划了厚度在18~30厘米的维护性外壳，别的还有其余的维护性办法和备份装备。巴里表现：“如许咱们就能确保飞船不会失去某样关键装备，对整个飞船而言，咱们必需考虑这种太空微陨石可能来袭的角度。”

　　事 实是，太空微陨石的要挟还不是将来深空载人飞翔将要面对的唯一成绩。随着载人飞翔的空间飞翔速率一直晋升，比如履行火星飞翔义务时，其余一些成绩也必需引 起重视，其中就包括宇航员的食物成绩以及临时暴露在高剂量宇宙射线情况下可能引发的癌症危险。这些因素在短期太空飞翔中都是能够基本忽略的，但在临时飞翔 中就无奈忽视这些成绩。

美国阿波罗-10号的三名宇航员是迄今飞翔速率最快的人。但他们的这项记录还能坚持多久？

　　将来的太空旅行

　　咱们对速率的追求将为咱们自己设置前所未有的障碍。将可能冲破阿波罗10号速率记录的美国新型飞船的计划依然将尽量采取经过验证的可靠技巧和材料研制，以及基于化学推动的发动机体系，这是人类从第一次太空飞翔至今一直采取的计划。但是如许的传统计划在速率方面存在重大的限制，因为其推动效率是十分低下的。

　　因而，为了实现人类火星飞翔以及其余目的地的飞翔义务的高效履行，科学家们认为有必要开辟其余更加高效的推动体系。巴里表现：“明天咱们所拥有的装备曾经足够让咱们到达那里，但咱们依然希望能够看到推动体系的一场革命。”

　　埃里克·戴维斯（Eric Davis）是设在美国德州奥斯丁的“高等研讨所”的一名高级研讨科学家，并参与了美国宇航局的“冲破推动物理名目”，这是一项连续了6年时光，在2002年结束的技巧研讨计划。这项梳理出了3种最具有潜力的将来推动计划，这些计划基于传统物理学实践，而且一旦成功将能够让人类宇航员实现行星际航行。简单来说，这三种计划分别基于核裂变，核聚变以及反物资推动。

　　第一种计划的道理是分裂原子，就像在商业核电站中发生的那样。第二种计划则是聚变，合并原子核——这是恒星能源的来源，这项技巧人类还尚未能实现可控，或许在将来50年内能够实现。戴维斯表现：“如许的技巧十分先进，但依然是基于传统物理学道理的，而且从原子时代的早期便曾经被提出。”从乐观的角度估计，采取核裂变和核聚变技巧的推动计划实践上将能够将飞船减速到光速的10%左右，也就是大概每小时1亿公里。

　　当 然，最强盛的推动计划是第三种，也就是利用正反物资的湮灭反应实现推动。物理学道理曾经阐明，当普通物资与反物资相遇时将会发生湮灭反应并释放大批能量。 明天，粒子物理学家们曾经实现了对反物资的少量制造和储存。但要想制造出有实用意义的大批反物资粒子则依然须要等待下一代的新型装备和技巧，而要想将其转 变为实际的飞船推动技巧则将极大地考验人类的工程学技巧。但戴维斯指出，现在工程师们曾经提出了良多十分绝妙的设想计划。

　　假如使用反物资推动引擎，一艘宇宙飞船将能够在连续数月乃至数年的时光里一直减速，到达十分高速率的同时让过载量控制在一个宇航员能够蒙受的范围内。但是，如此惊人的高速将可能对人体发生全新的伤害。

　　高速飞翔危险

　　当人以每小时上亿公里的惊人高速飞翔时，太空中的任何微粒，从氢气原子到微陨石，实际上都将变成对飞船可能发生要挟的“子弹”。亚瑟·爱德斯坦（Arthur Edelstein）表现：“当你以如许的高速飞翔时，这些微粒相对你的速率将变得十分高。”亚瑟·爱德斯坦的父亲威廉·爱德斯坦（William Edelstein）在去世之前是美国约翰霍普金斯大学医学院的一名教授，这父子两人在2012年共同发表的一篇论文中阐述了太空中的氢原子对高速飞船可能构成的危险。

　　只管在深空情况下，空间内氢原子的密度仅有大概每立方厘米一个原子的程度，但这些原子可能会转变为强烈的辐射。当与高速飞船接触时，氢原子将会破裂形成许多亚原子粒子并穿透飞船，对宇航员和装备都会造成辐射伤害。当飞船速率到达光速的95%左右程度时，如许的辐射暴露将会到达致命的程度。别的以如此高速停止飞翔的飞船还将面对加热成绩，摩擦发生的高热几乎将会熔化任何现有的传统材料，而宇航员体内的水分将会沸腾，这些都将是极为棘手的成绩。

　　在2012年的论文中，爱德斯坦父子提出了利用强盛的“磁场报护罩”来维护飞船免受这种氢原子“雨”轰击的计划。但即便采取了磁场维护罩技巧，飞船的飞翔速率依然不能超越大概光速的一半，假如超越，宇航员依然将面对致命辐射伤害。

　　马克·米尔斯（Marc Millis）曾经担任美国宇航局“冲破推动物理名目”的主管。在他看来，爱德斯坦父子所提到的这种高速危险现在还根本不到须要列入实际考虑的阶段。他说：“依据现在咱们的物理学程度，要想到达光速的10%曾经是十分困难的了。咱们还不到达将会呈现伤害的地步。打个比方，在咱们都不办法进到水里之前，咱们还不须要担心溺水的成绩。”

　　超越光速？

　　那么假设有一天咱们真的学会了游泳，那么咱们将来也会学会时空冲浪吗？或者说咱们有不可能到达超光速飞翔？

　　关于超光速飞翔的设想，只管基本是基于猜想，但也并非是完全毫无依据的。其中的一种实践就是电影《星际迷航》中呈现的所谓“曲率驱动”概念。从正式物理学角度来说，这种引擎的道理是“阿库别瑞驱动”（Alcubierre drive），其主要涉及对位于飞船前方，爱因斯坦实践中所描述正常时空停止压缩并在飞船后方将压缩的时空释放的过程。从本质上看，飞船此时是在时空的“团块”中前行，就像一个“曲率气泡”（warp bubble）。通过这种方式来冲破光速的限制。在停止如许的时空跳跃期间，飞船本身依然被保险地放置在自身的“正常时空”里，从而避免了对宇宙光速限制的违背。戴维斯表现：“假如说传统的飞翔方式就像在水里游泳，那么阿库别瑞驱动就像是冲浪，在浪尖上前进。”

　　但实现这项技巧面对的最重大成绩就在于它将须要一种特殊的物资，其具有负品质，以用于压缩或膨胀时空。戴维斯表现：“物理学道理并不禁止负品质。但现在咱们还尚未找到真实案例，在自然界中也从未观察到如许的案例。”别的一个成绩，2012年澳大利亚悉尼大学的研讨人员发表的一篇文章指出，在停止如许的飞翔时，由于飞船所在的，拥有正常时空特征的“曲率气泡”将无奈避免与宇宙中其余物资的接触，它将遭受重大的高能宇宙射线轰击。部分如许的宇宙射线将会进入气泡内部并发生致命辐射。

　　困在亚光速程度？

　　如许看来，因为咱们生物学上的脆弱性，咱们将会被永远地困在亚光速程度上吗？这个成绩的答案将直接关系到咱们人类是否有朝一日将能够在星系中自由航行，也关系到咱们人类是否将来有可能成为一个强盛的星系种族。假如按照爱德斯坦父子提出的一半光速的速率极限飞翔，咱们往返最近的恒星大概须要16年时光。而且依据相对论，以大概一般光速飞翔的飞船，其经历的时光膨胀效应将不会十分显著。

　　但米尔斯对此依然抱有希望。他认为随着人类开辟出越来越先进的抗过载服以及微陨石防护技巧，将来的人类将能够克服越来越高速飞翔情况下将可能面对的困难。

　　他说：“假如将来的物理学能够让咱们开辟出难以置信的高速飞翔器，那么我相信将来的物理学也将让咱们开辟出难以置信的防护办法。”（晨风）

转载自:https://tech.sina.com.cn/d/i/2015-08-20/doc-ifxhcvry0665938.shtml

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