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很多人好奇太空失重的感觉,但对于宇航员来说失重是真正不方便的事。

你的工具到处乱飘,上厕所成为一件烦人的事,最重要的是,失重会造成一系列健康问题,肌肉萎缩,骨骼变弱,视力恶化都是宇航员需要面对的挑战。

自20世纪中期以来,科幻作品中一直在向我们展示,人造重力是可行的。

虽然这些作品常常会借助遥远未来的某种技术,但其实在不久的将来我们就可以实现一些人造重力的方法。

下面是理论上有可能可以实现的三种方法!

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第一种方法其实很简单:加速。

想象一下当你在电梯里突然开始上升的情景,你会感受到自己对地板施加压力。

不断加速的航天器实际上会产生与加速度相反方向的力。因此,一艘逐渐加速驶向目的地的飞船可以维持重力。

这或许不像地球重力那样,但仍足以减轻失重对人体的影响,使船上的生命更容易适应。当到达旅程的最后一段时,飞船可以逐渐减速,同时也可以提供人造重力。

这种方法的一个关键障碍是推进技术的现状。我们需要既强大又持久的推进器。

在这里,推动离子流的电磁推进器可能是我们最大的希望,但在目前的状态下,它们只能提供极低水平的人造重力,不足以产生有意义的影响。

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今天,能够产生重大影响的是另一种方法:向心力。

这可能是人类在太空中广泛使用的第一种人造重力形式。如果你去过游乐园,你可能已经体验过转盘的向心力。

当转盘开始转动时,里面的人会被推到墙上,这是因为转动让墙对球的中心有一个力,不过这种转动很容易让人头晕。

为了在太空中复制向心力的效应,我们需要制造某种绕中轴旋转的航天器,或者至少有一些绕中轴旋转的部分。

为了做到这一点而不产生头晕的效果,我们需要把它弄得非常巨大;然而,当从地球表面发射物体到太空时,尺寸却是一个大问题。

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在一个以30秒的速度绕中心旋转的房间内模拟地球引力,需要一个224米半径。不过,如果我们接受较低的引力,尺寸负荷将会减少。

利用向心力产生人造重力的充气栖息地可以相对容易和便宜地部署,但安全性是最大的担忧。

不过,前面两种方法的问题可以通过一项突破性的技术来解决,这便是人造重力的第三种方法:负引力质量。

要想拥有人造重力,既能保护你不受飞船加速的影响,又能让你不需要加速就有一个恒定的“向下”拉力,唯一的办法就是你发现了一种负引力质量。

好消息是,现在就有这样的实验!

欧洲核子研究中心(CERN)的阿尔法实验(ALPHA)已经创造出了反氢:一种稳定的中性反物质形式,并且正在努力以极低的速度将其与所有其他粒子隔离开来……

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然后就可以测量它在引力场中的下落方式。如果它下落(与正常物质一样),那么它就有正的重力质量,我们就不能用它来建立重力导体。

但如果它在引力场中不是正常下落,那么只要有一个实验结果,人造重力就会突然成为一种物理可能性。

如果反物质的引力质量是负的,那么通过设置反物质的上限和正常物质的下限,就可以创造出一个总是把人往下拉的人造引力场。

最后

未来几年,随着太空商业化的加速,比如酒店、娱乐和采矿的发展,我们可能会重新关注人造重力。这可能是我们使外太空更像家的另一种重要方式。