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中国建议:直接送一艘纳米飞行器去黑洞验证爱因斯坦相对论!

作者:小编 点击: 发布时间:2025-08-17 13:03

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中国建议:直接送一艘纳米飞行器去黑洞验证爱因斯坦相对论!(图1)

  黑洞有多神秘,那么科学家就肯定有多疯狂。就在近期,复旦大学的教授卡西莫·班比提出了一个相当大胆的设想。

  未来,人类可以打造一艘纳米级的飞行器,然后利用激光推进技术,可以让飞行器以接近准光速的速度飞行,最终抵达黑洞进行实地探测研究。

  这位科学家的设想已经写成了论文,并且发表在了顶级学术出版机构 Cell 旗下的刊物《iScience》。

  同样是在近期,天文学家又发现了一个已知最大的黑洞,它的质量居然比太阳的质量高363亿倍。

  围绕黑洞,人类一直在进一步了解,科学家也在提出各种各样的设想,试图研究它。那么问题来了,人类真的能够通过纳米级的飞行器接近黑洞吗?

  按照卡西莫·班比的大胆设想,未来探索黑洞的纳米飞行器总重量只有2g,是的,你没有听错,这个重量级别的飞行器可能让你一个手指头就给摁碎了。

  如此疯狂的设想其实并非空穴来风,还在上世纪60年代,科学家就曾讨论过利用激光推进技术研发航天器的可能性。

  因为传统的航天器自身重量太大,而且不能够解决能源供应问题,即便利用核能解决了动能问题,但是也不能够解决飞行器飞得过慢。

  就比如美国人此前发射的探测器,经过了几十年的飞行,依旧没有飞出太阳系,就是因为飞行速度太慢。

  反过来,再来看地球与黑洞之间的距离,截止到目前,人类已知的距离地球最近的黑洞是在150光年外的地方。

  这是什么概念呢?换算成公里就是1.42×10的15次方,也就是1419万亿公里。

  人类现有的飞行器,假设每秒能够飞行100km,要抵达150光年外的地方,至少需要45万年的时间。

  这样的时间比地球诞生的日子都长,所以根本不现实。因此,要想真正快速的抵达黑洞,人类就必须得研制出飞行速度更快的航天器。

  按照这位复旦大学教授的设想,未来的纳米飞行器一部分是重量1g、尺寸约1cm的晶片,另一部分是面积约10㎡、重量只有1g的光帆。

  这就是纳米飞行器的全部,它的动力要依靠地面发射的强大激光束,激光束精准对准飞行器的光帆,然后就能源源不断的产生辐射压力,推动光帆能够像帆船一样飞行。

  据说它的速度在17分钟以内就能够攀升到光速的 1/3,光速的 1/3 大约相当于每秒10万公里,那么17分钟大约就相当于1.02亿公里。

  按照这样的速度,一个小时大约可以飞行4亿公里左右。那么假设是150光年的距离,飞行大约405年就可以抵达。虽然听起来依旧很遥远,但是这一速度已经相当快了。

  而且,按照卡西莫·班比的设想,未来可以在20~25光年左右的距离范围内寻找黑洞。按照这个距离,再按照设定的飞行速度,纳米飞行器所需的时间就只剩50多年了。

  整个探索任务所需要的时间大约是80年到100年。听起来虽然也很漫长,但是和动辄几十万年的时间比起来,这个速度已经够快了。

  按照科学家的测算与设想,接下来要建设纳米飞行器,还要建设地面大型的激光阵列,这些都需要花钱,而且价格贵到离谱。

  单单是打造地面的激光阵列,可能就需要大约一万亿美元。显而易见,按照如此庞大的成本,没有哪个国家愿意承担。

  不过,卡西莫·班比教授相当乐观,他认为,在未来,这项建设成本会随着技术的不断成熟而下降。

  过去20年,激光技术的成本就一直在下降,如果按照这个趋势,未来20年到30年的时间范围内,整个激光技术的成本可能会下降到只剩10亿美元左右。

  如果成本下降到这种程度,大概就跟现在的太空探索预算差不多了,拥有技术的国家也承担得起。

  成本问题看起来解决了,但是技术层面能不能使得成本持续下降,科学家还说不准。

  假设纳米飞行器需要飞行20光年,飞行器本身没有动力,要靠地面的激光阵列持续发射激光束来产生动力。

  随着距离越来越远,怎么来确保激光束能够精准对准纳米飞行器呢?如果对不准飞行器,是不是就意味着飞行器要失去动力了?

  按照目前的技术设想,这一切都还没有更多的解决方案,除此之外,还要面对黑洞是否存在的问题。

  卡西莫·班比在他的论文中提到,设想中的黑洞最好距离地球不超过20光年,最多不超过25光年。

  请注意,这不是说在这个距离范围内就存在黑洞,而是说黑洞最好在这个距离范围之内。可现在的问题就在于,科学家并不知道这个距离范围内是否存在黑洞。

  截止到目前,科学家发现,距离地球最近的黑洞是在150光年之外的地方,其余的黑洞要么在数百光年之外,要么在数千光年之外,甚至距离达到了数亿光年之远。

  以人类目前的技术,哪怕飞行速度真的达到了光速,甚至超过了光速,可是如果距离在数亿光年之上,这依然是惊人的。

  所以这才是问题的根本。人类需要找到一个距离地球较近的黑洞,但是在距离地球较近的范围之内,截止到目前,还没有明确发现黑洞的存在。

  请注意,这不是说没有黑洞,而是说还没有找到,因为黑洞本身不同于其他天体物质。形象一点说,这就相当于在黑夜里寻找一块黑布,在远距离的情况下,人类现有的技术根本看不到也探测不到它。

  值得一提的是,目前的宇宙中普遍存在类星体。什么是类星体呢?也就是由中心黑洞以及周围的活动星系共同构成的一种形式。

  类星体本身能够产生被观测到的电磁辐射,按照科学家此前的观测和研究,有些类星体的规模甚至比本星系群的规模还要大。很显然,在类星体的中心区域存在黑洞。

  问题就在于,这些黑洞距离地球相当遥远,依照人类目前的技术能力,讨论飞向这些黑洞还为时过早。

  按照卡西莫·班比设想的方案,为什么要飞往黑洞呢?教授的说法是,黑洞是当今宇宙中引力场最强的天体,是检验爱因斯坦广义相对论在最极端条件下是否成立的理想实验室。

  几十年来,广义相对论已经得到了广泛的验证,当然是在引力场相对较弱的场景之下。但是,如果是在黑洞的区域之内,如何去验证广义相对论?最好的方法自然是实地探测。

  那么为什么不用大型的望远镜来研究呢?阿西莫·班比的解释是,远距离的观测并不能够让人类看清楚黑洞周围的具体环境。

  这才有了相关的实地探测黑洞的设想。虽然科学家给出了具体的设想方案,可要解决一个又一个的问题,情况就变得不一般了。

  截止到目前,事实上还没有什么可行性。至于未来会不会推动这项研究,那就得看人类愿不愿意真的去实地观察黑洞了。

  再来看最新发现的黑洞情况。天文学家在距离地球大约50亿光年的一个星系中发现了一个新的黑洞。根据测算,这也是科学家迄今为止发现的质量最大的黑洞。

  这个黑洞的质量相当于太阳质量的363亿倍,即便是跟整个银河系比起来,它的质量也是银河系黑洞的1万倍。

  科学家普遍相信,每个星系中心都存在着一个超大质量的黑洞,星系如果更庞大,中心区域还会存在超巨型黑洞。

  那么黑洞的质量究竟是怎么测算出来的呢?科学家通过恒星运动学方法,同时再分析星系中心恒星的轨迹和速度,最终就能够测算出黑洞的质量。

  而且,科学家还发现,这个新观测到的黑洞是通过与周边黑洞合并的形式,最终形成了质量更庞大的黑洞。

  也就是说,黑洞其实一直在不断成长,一个小型的黑洞通过不断的合并,可以形成一个大的黑洞。

  但是就人类目前掌握的技术来说,我们现在只能远距离观测,完全还不能够近距离去抵达黑洞,当然也不知道黑洞的内部究竟是怎样的一种情况。

  大量的物理学理论会不会跟黑洞的实际情况相悖,这个同样也不得而知。也正因为如此,科学家才设想通过新的技术飞进黑洞观测研究。

  所以说到底,人类目前对黑洞的理解还相当有限,究竟能不能够在可预见的未来实现实地探测?就目前的状态看,除非实现技术的大幅度跨越,否则在短时间内不可能。

  目前的天文学技术主要依靠观测,同时也依靠一些近距离的太空探索活动。这些技术手段相当有限,基本上都无法突破太阳系的限制,只能局限在地球周围的外太空区域。

  换句话说,人类现在面临着技术升级上的终极难题,解决不了速度问题,也就难以实现空间跨越。

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