〈逢太陽系開發的時代〉
自由的進出宇宙是人類常年以來的夢想。在原始的載人火箭成功發射升空的很久之前,在廉價的科幻類雜誌的封面上,就有人畫出來了能夠自然的在宇宙到處旅行、擁有流線型機身的宇宙船模樣。
1961年4月12日莫斯科時間上午9時零7分,前蘇聯宇航員加加林乘坐東方一號宇宙飛船從拜科努爾航天發射場起飛,在遠地點為301公里的軌道上繞地球一週,歷時1小時48分鐘,於上午10時55分安全返回,降落在前蘇聯薩拉托夫州斯梅洛夫卡村地區,完成了世界上首次載人宇宙飛行。時值美蘇冷戰的高潮,不甘落後的美國也在宇宙開發工程上奮起直追,並於8年後將2名飛行員送到了月球表面。
之後,雖然暫時美蘇的太空競賽由於各種原因而逐漸停滯了下來。但進入21世紀後,為了彌補已經開始不足的地下資源,以及伴隨著中美太空競賽的爆發,各個大國以及實力雄厚的企業都開始涉足地球以外的領域。
人類從漂浮在火星和木星之間的小行星帶上,獲取了各種各樣的金屬資源。從目的大氣中,提取了用於核聚變發電的氦3以及石油化學物質。
而從20世紀末開始的世界規模的軍備削減的氛圍也成為了各國推動宇宙開發的立足點。
雖然如此耗資巨大的項目無論如何也離不開大國之間的協調共進,但在國與國之間互相猜忌、互相競爭的那個時代,只能說起痴人說夢。
此外,削減掉龐大的軍費後,各國政府也有了更多的預算來專用到宇宙開發之上,也是非常重要的原因。而由於環境汙染而導致的酸雨和地球溫暖化的危機增大,也成為了人類將目光投向宇宙的契機。
擔憂會汙染環境的工廠被各國的法規所限制,不得不轉移到了月球。
擁有巨大太陽能板的太陽能發電站在地球同步軌道上一座座的建立起來,通過垂直連接到地面的長達36000公里的超導管線,將綠色清潔的能源傳輸到地球。太陽系成為了地球的後花園。很多人堅信,總有一天能夠自由進出太陽系外的行星時代也會到來。
但是,有一個東西阻礙了這一夢想,那就是光速之壁。
根據愛因斯坦的狹義相對論,宇宙飛船無法以超越光速的速度進行飛行。當宇宙飛船的速度接近光速時,飛船本身的質量也會猛然膨脹起來。為了推動宇宙船飛行而傾注(原文=注ぎ込む=傾注)的能量,也會轉化為質量。當到達光速的99.5%時飛船的質量會變成原來的10倍;到達光速的99.995%時飛船的質量會變成原來的100倍.
要推動沉重的物體進行飛行,需要莫大的推力。因此通常的用火箭噴射進行加速的方法,是絕對達不到光束的。突破光速之壁需要無限且巨大的能量。
只考慮經濟效益的話,建造出大約達到光速一半速度的宇宙飛船在技術上是可行的。但是這樣的飛船毫無實用性可言。
以光速一半的速度,飛行到離太陽系最近的恆星所在的半人馬座阿爾法星系(南門二),就要花費掉差不多10年左右的時間。而採掘資源再回來又要花費10年——無論怎麼考慮也不合算。
〈躍遷航行法的原理〉
愛因斯坦的狹義相對論發表了近100年後,解決這個方法的問題也沒有出現。而最終打開突破口的,是2010年俄羅斯的物理學家A·康德列耶夫所發表的《不連續加速假說》。
根據相對論宇宙飛船不可能以光速進行飛行。但卻沒有限制以超越光速的速度進行飛行。也就是說,當從光速一下的速度一瞬間加速到超越光速的速度的話,不就能越過相對論了嗎——A 康德列耶夫就是這麼想的。
最初的時候,大部分物理學者沒有理睬A·康德列耶夫的理論。
而一絲不苟的從事《不連續加速假說》的研究,最終成功將其公式化的,是日本的N·協阪博士。
時間的最小單位被稱為普朗克,也就是10的負43次方秒,不存在比它更短的時間了。然後,在如此短的時間內,我們所知的物理法(比如相對論)則並不適用。物體也被允許比遠高於光速的速度進行飛行。
你就把它想象成電影膠片一樣的東西就好了。每一幀膠片上的畫面雖然都是靜止的,但將之連續放映的話,畫面就動起來了。時間的原理也是相同,雖然人類的肉眼看起來時間是在流逝,但是每一個單位的普朗克時間是靜止的。就好比電影的1幀是1/24秒,時間的1幀是1普朗克,當無數的普朗克時間串聯起來後就變成了連續的時間。
在某個特定的瞬間一艘接近地球的宇宙飛船,在1普朗克時間後、就移動到了半人馬座阿爾法星系的附近星域了。對靠光速要花費四年以上才能到達的距離,宇宙飛船卻是以近乎無限的速度進行飛行的。但是、因為旅行的最初和結束都是靜止的狀態、所以近乎無限的速度飛行所花費,不過是1普朗克時間而已。
也就是說飛船的飛行速度完全沒有違反相對論。
當然,因為加速度也會無限增大,所以看起來人類會被出發時的加速度直接壓扁。但是也不要忘記,加速度的作用是在一瞬間,加速和減速的時候受力的方向是相反的。如果在單單1普朗克時間內,正確的將同樣強度的加速度以相反的方向作用的話,加速度就能夠完全被抵消。而飛船的成員幾乎感受不到力的作用。
而令人吃驚的是能量的消費也無限趨近於0。因為加速和減速時的作用的力是正反相對的,所以互相抵消了。
這與粒子物理學領域,很早就知曉的被稱呼為「量子隧穿效應」( tunnelling effect)的現象很相似。
棒球打在混凝土牆壁上也只會反彈回來,不可能穿過混凝土牆。但是在量子力學的領域,有被稱呼為「不確定原理」的現象。
只帶有很小能量的耽擱電子,在撞擊擁有很大密度能量牆壁時卻能夠整個穿越過去。而這一現象也被應用到了電腦的元件上。
不過電子飛越的是能量之壁,而在這個場合下,飛船要飛躍的是時間和空間之壁。根據協阪教授的計算,通過強烈的磁場震動擾亂普朗克時間的狀態,在宇宙船上引發量子隧穿效應就能成為可能。讓磁場震動需要莫大的能量,但在技術上並非不可實現。
N·協阪的研究轉眼間就受到了全世界的注目。人類終於找到了克服光速之壁的方法。
這個方法被命名為 「躍遷」(JUMP Drive),其中JUMP是「宇宙多重勢位接縫點(Junctures of Universe Multiplex Potential)」的簡稱。
〈捕獲超級粒子〉
要實現「躍遷」還有一個問題橫在人類的面前。為了引發量子隧穿效應,需要單級子磁場(指一些僅帶有N極或S極單一磁極的磁場)的振動。但是地球上的磁石全是雙級子磁場。沒有發現單磁級的磁石。
根據宇宙物理學的理論,在宇宙大爆炸的時候,產生了大量被稱呼為磁單極粒子的擁有單一磁極的物質。而至今這些磁極粒子應該也在宇宙裡飛來飛去。那麼能否將之捕獲呢?
問題在於磁單極粒子的分佈密度。說是“大量產生”,那也指的是宇宙直徑還是1釐米的階段,現在這些特殊粒子已經散播在了發生膨脹後,浩瀚無垠的大宇宙裡了。
打個比方,據說就算製造出一個棒球場規模的傳感器,數千年最多也就能發現一個磁單極粒子。如果要獲得大量的磁單極粒子的話,就需要規模大的驚人的超巨大裝置不可了。
於是,為了得到磁單極粒子,各國聯合的巨大工程開始了。這也是因為磁單極粒子不僅是「躍遷」所不可或缺的物質作為能源,它的利用價值也非常可觀。
在靠近木星的宇宙空間裡部署了一組呈三角排列,擁有完全相同間隔的三艘作業宇宙飛船。每一艘宇宙飛船之間都連接著全長100萬公里的常溫超導體管線。這些管線的總重量約為5500萬噸,這是至今為止人類所製造出的最大的工業品。
當這個三角形的全封閉管線裡流入電流的時候,就成為了人類歷史上最大的線圈。而這組線圈正好對準了月球的運行軌道,月球就變成了一塊巨大的電磁石。要是有磁單極粒子在太陽系裡來回飛行的話,就會被吸引到那裡。
在這組線圈的後方三千萬公里的地點上,部署了更小一些(但展開的面積也能把地球套進去)的第二組線圈。然後在其後方接著部署更小的第三組線圈……這樣的線圈一共有七組,每一組的展開面積都會減小。
這個奇觀一般的裝置,半開玩笑的被命名為了「宇宙吸塵器」。只不過吸的不是那些宇宙塵埃,而是漂浮在宇宙裡的磁單極粒子。
被第一組線圈吸進去的磁單極粒子,會順著通過其他六組線圈最後飛入直徑200米的粒子捕捉線圈裡。在那裡,這些超級粒子會被強大的磁場所所“剎停”,然後被捕獲。
2054年在第一顆磁單極粒子被捕獲的時候,宇宙吸塵器計劃的最高負責人 R 凱蓮娜博士向全世界發表了一條簡短的訊息 。
“通過星海的道路打開了。”