速度最快人造物体是什么,未来突破点有哪些,目前进展如何?
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发布时间：2022-04-26 17:17
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时间：2023-10-16 16:42
速度最快的人造物体，概念有些模糊，这要看怎么理解速度和快的关系。现代速度最快的事物很多，比如俺国人引以为傲最快的事物就是“说曹操曹操到”。曹操是三国时代人物，已经过世整整1800年了，阴阳两隔还能够说来就来从过去穿越而来，你说有多快？
开个玩笑，调节一下气氛，省的科学老是怪严肃的，请勿当真。下面介绍几种现代和未来最快事物：
飞秒技术。2018年，加州理工学院（Cal-tech）和法国*研究所（INRS）的团队，开发出了世界上最快的相机，刷新了瑞典科学团队创下的每秒5万亿帧拍摄速度，创造出每秒10万亿帧拍摄速度。
这是什么概念？就是光速为每秒30万千米，被认为世界上运动速度最快的极限速度。但这种摄像机能把光走1秒的路径拍摄10万帧照片，也就是光每走10um（微米），就被拍摄了一张照片。10um是多少？就是1/100mm（毫米）。
这个速度算不算快？就在数十年前，人们还常常因为某件很快的事情无法分辨而争论不休，如游泳、赛跑到达终点时，有的选手就差那么1μs（微秒，百万分之一秒），难分胜负，如果用上现在这种技术，1微秒已经拍摄了1000万帧照片；即便选手差距只有1ns（纳秒，10亿分之一秒），也很清晰能够分出来，因为在1ns时间，飞秒摄像机已经拍摄了10000帧照片。
因此即便光速逃逸的物体，也会在这种摄像机下清清楚楚，无处可逃。这种技术就叫飞秒技术。我们知道1fs（飞秒）是1千万亿分之一秒，现在这种技术还没有达到真正的1fs1帧的速度，而是100飞秒才可以拍1帧画面。但这种相机已经能够捕捉光与物质之间的纳米级作用，对于探索世界深处最精细结构发挥了重大作用。
这项研究还在世界科学家们的推进之中，有望在可预见的未来，真正实现1飞秒拍摄一帧画面的飞秒技术，那时，在这种火眼金睛下，任何妖魔鬼怪也无法遁形，很多现象都能够破解。
三个宇宙速度。如果要说人造物体的移动速度，最快的当然要数太空探测器了。我们知道在地球上，任何物体的运动速度一般不会超过每秒7.9千米，因为这个速度是第一宇宙速度，达到这个速度，地球就留不住它了，就会成为环绕地球飞行的人造卫星。只有当它们速度降低时，才会被地球引力拉下来。
第一宇宙速度即逃不出地球引力圈，也不会被地球引力拉下来，因此叫环绕速度。所有的人造卫星发射都必须达到这个速度，然后根据运行高度不同，执行不同的速度。要脱离地球引力，就必须达到第二宇宙速度，即每秒11.2千米。飞往其他行星的探测器，都必须大于这个速度，才能够脱离地球引力，因此叫脱离速度；而第三宇宙速度就是在地球位置，逃逸太阳引力的速度，为每秒16.7千米，简称逃逸速度。
计算三个宇宙速度的公式分别为：环绕速度V1=GM/r；脱离速度V2=√（2GM/r）；逃逸速度V3=√（V2^2+v"^2）。式中，V1、V2、V3分别为三个宇宙速度值，G为引力常量，M为要逃脱引力的天体质量，r为人造物体与天体质心距离。逃逸速度公式里的v”为地球逃逸速度-公转速度42.2-29.8=12.4km；V2为第二宇宙速度。
目前人造天体最快速度。现在人类发射的探测器，根据目标任务不同，设计发射达到的速度就不同。旅行者1号正以每秒17千米速度朝太阳系外飞去，这个速度是完全可以脱离太阳引力，飞往深空的。
实际上，现在人类发出的探测器速度已经远远大于旅行者1号的速度了，迄今创造最快速度记录的是NASA在2018年发射的帕克号太阳探测器。这个探测器是人类首艘真正的恒星探测器，它已经创造了距离太阳最近的记录，正在太阳日冕层（大气层）里冒着高温*太阳这只老虎*，目的是弄清楚太阳风形成等一些机制，为人类预知预防太阳灾变而努力。
现在帕克号的运行速度已经超过每秒100千米，而且还在进一步靠近太阳。现在人类发射的各种行星际探测器达到超过第三宇宙速度的速度，并不是靠发射时或者自带燃料来实现的，而是通过行星或太阳的引力弹弓效应得到的。帕克号也是如此，它通过地球、金星、太阳的引力弹弓效应，让自己的速度越来越快。
到2024年12月份，帕克号将到达距离太阳表面最接近的位置，届时距离太阳只有600万千米，根据角动量守恒原理，速度将达到每秒约200千米。这将是人造天体创造的最高速度记录。
走向深空，必须突破速度瓶颈。人类终究是要走向深空的，但依靠目前每秒百十千米的速度，要飞出太阳系都是不现实的。因此突破速度瓶颈，一直是现代科学技术的重大难题。
光速是我们世界最快的速度，任何物体运行速度都无法达到光速，更不能超过光速，这是爱因斯坦相对论定下的规矩，也已经成为科学界的共识。因此，宇宙飞船要依靠提高速度达到光速是不可能的。
而宇宙的广袤无垠，对于人类来说是太大了，大得即便达到光速，也跑不了多远。如我们银河系直径达到20万光年，距离我们最近的一个大星系~仙女座星系，有254万光年。这就是说，即便人类有了接近光速的飞船，飞出银河系也是以十万年计，而要飞到仙女座星系需要数百万年时间。
由此即便宇宙飞船能够接近光速飞行，人类也走不了多远。
超光速幻想。既然物质运动超越光速是不可能的，于是人类把目光转移到非物质直接运动上来。这样就有了几个机会，一个是时空折叠，就是把时空像纸一样的折叠起来，就像一把折扇，这样人们就能够从没有打开的折扇一样从这头跨越到那头，看起来没走多少路，却跨越了许多光年，这个速度理论上可以比光速快N倍到达目的地。
还有一种就是虫洞穿越，就是在大引力场作用下，时空会出现“虫洞”，就像一只虫子在一张巨大的纸上面咬了一个小孔，人们就可以从纸张的这边一下子穿越到纸张的另一面，如果要慢慢从纸张上爬行，爬到另一面需要100光年，而这样一穿就只要几分钟或者几个小时了。这又比光速快了多少倍？因此人们把虫洞又叫时空隧道，学名叫*因斯坦~罗森桥。
这两种方式都能够比光速快N倍到达目的地，但都不是飞船本身加快了，而是通过曲速引擎实现时空折叠跨越或抄近道钻隧道到达目标，飞船该飞多快还是多快，没有巨大的时间膨胀效应，也不违背相对论光速藩篱的*。
这两张突破光速瓶颈的方法从理论上是可行的，理论基础就是爱因斯坦广义相对论场论和时空弯曲理论。但要实现却是非常困难的，因为曲速引擎要在飞船周边实现时空折叠，或者人工制造维持一个虫洞，需要巨大能量，这种巨大令人无法想象。有人计算过，即便把整个木星全部实现质能转换，也驱动不了一艘小小飞船行走多远。
因此迄今为止，这些设想虽然有在计划研究中，并没有重大突破，能否成功，尚难预料。
比较接近现实的速度提升有两个计划。计划之一：美国NASA在上世纪就发布了一个百年星舰计划，具体内容是在100年内建造一艘5万吨级星舰，采用核聚变为动力，速度达到光速12%，也就是每秒3.6万千米。这艘星舰将载着人类飞往太阳系外，寻找新的殖民地。不过现在的可控核聚变还在实验中，有人认为需要50年才能够推向商业运营。这个计划还是在克林顿当总统时代提出的，后来消息越来越少，是否有重大进展，不得而知。
计划之二：2016年4月，霍金在世时亲自启动了一个叫做“突破摄星”计划，他与俄罗斯大亨合作，计划建造1000艘微型飞船。这种飞船采用光帆作牵引，每只光帆拉扯着一艘微型飞船，飞往距离我们4.22光年的比邻星。光帆采用大功率激光阵列催动，最终达到光速的20%，极每秒6万千米，这样飞到比邻星只要20多年时间。
微型飞船只有一张邮票大小，上面要装载通讯导航设施，还有高速摄影机和各种探测设备，到达比邻星后，在每秒6万千米速度的惊鸿一瞥中，把那里的样子拍摄下来，并把探测到的数据资料和照片一起发送回来。
这个计划难点是：安装在地球上的激光阵列能催动光帆达到这个速度吗？微型飞船的所有设备都要纳米级精密制造，能造出来吗？导航和信息发送都要求十分精准，在4光年多的距离传送回信息，而凭这种纳米级飞船的微弱功率，地球能够收到吗？这些技术难题最终能否解决，这个项目最终能否成功，难以预料。霍金已经离开人类世界而去，因此计划是否能够继续坚持也尚无消息。
有人认为，霍金发起的这个计划就是一个大忽悠，他死了，就烟消云散了。我不这样认为，科学就是在这样一代代科学家的奇思妙想中不断前行的，即便这个计划暂时无法实现，但至少为后人提供了一种启示。
这使我想起人类关于光速的探索。几千年来，人们从来也没有意识到光还有速度，以为光本来就是这样充盈着人间。但伟大的实验科学先驱伽利略脑袋就是与旁人不同，他注意到了这一点，他认为光虽然很快，但是有速度并可测量的。于是，他做了一个实验，让两位助手站在距离1英里的两个山头，手举灯笼，通过双方先后遮光来计时，想计算出这1英里光的传输时间。
要知道，光在1英里之间传输只需要18.6万分之一秒，这种简陋的方式以及人眼速度分辨率*，当然没有办法计算出光速来。但伽利略的启示激励了一代代科学家，在伽利略光速实验的300多年后，人们终于得到了准确的光速，这就是物理学最重要的常数c=299792458m/s。
这个故事告诉我们，人类前行的最大动力就是对世界充满了好奇，并且通过不断探索来解开世界的一层层秘密。速度也是这样，在一代代科学家们不懈努力下，瓶颈必将打破，人类终将走向深空。
就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。
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时间：2023-10-16 16:42
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时间：2023-10-16 16:43
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