星際旅行模擬器

什麼是星際旅行？

星際旅行意味着在恆星系統之間旅行。最近的恆星比鄰星距離4.24光年。聚變驅動、反物質引擎和激光帆等先進推進概念可以將化學火箭75,000年的旅程縮短到幾十年，但在如此高速下愛因斯坦的相對論會扭曲時間本身。

為什麼這很重要？每種推進方法代表着技術成熟度、燃料質量、旅行時間和相對論效應之間不同的權衡。

📖 深入了解

類比 1

想像一下，開車穿越全國，但高速公路有 40 兆公里長，你最快的車只能達到限速的 0.006%，而盡頭的加油站還沒建好。星際旅行就是設計一個引擎，將 75,000 年的公路旅行變成長達數十年的衝刺，同時還要應對一個奇怪的事實，即你走得越快，你的時鐘就會走得越慢。

類比 2

時間膨脹就像一列火車穿過隧道：裡面的乘客（空服員）感受到隧道因為長度收縮而變短，而站長（地球）則看著他們花費全部時間通過。在 90% 的光速下，船員的衰老速度僅為地球人的 44%——洛倫茲因子 γ = 2.29 字面上拉長了飛船時間和地球時間之間的差異。

🎯 模擬器提示

初學者

選擇一種推進方式並觀察到達最近的恆星需要多長時間。

中級

比較星際任務中的化學推進、核推進和光帆推進。

專家

設計考慮燃料質量比和時間膨脹的相對論性探針。

📚 術語表

Light-Year

光一年傳播的距離：約9.46兆公里。比鄰星距離我們 4.24 光年。

Breakthrough Starshot

耗資 1 億美元的計劃，利用雷射推進器以 20% 光速向半人馬座阿爾法星發送克級探測器。

Generation Ship

在前往另一顆恆星的長達幾個世紀的旅程中，幾代人生活和死亡的太空船。

Alcubierre Drive

理論上，曲速驅動會收縮前方空間，擴張後方空間，在GR內移動速度超過光速。

Ion Propulsion

電動引擎將電離氣體加速至高速，實現深空高比衝。

Nuclear Pulse Propulsion

獵戶座計畫的概念：在太空船後面引爆核彈以產生巨大的推力。

Antimatter Propulsion

使用物質-反物質湮滅的理論引擎，這是可能的能量密度最高的反應 (E=mc²)。

Time Dilation

相對論效應，對於近光速的旅行者來說，時間過得更慢：t_ship = t_earth / γ。

Bussard Ramjet

使用磁勺收集星際氫作為燃料的概念，從而實現持續加速。

Voyager 1

最遠的人造物體距離地球約 240 億公里，僅以光速的 0.006% 行駛。

Lorentz Factor

γ = 1/√(1-v²/c²)。在 90% c 時，γ ≈ 2.29，這意味著船舶時間比地球時間慢 2.29 倍。

Specific Impulse

推進效率的測量（秒）。化學火箭：~450 秒。融合：~100,000 秒。反物質：〜數百萬。

🏆 關鍵人物

Yuri Milner (2016)

資助突破攝星計畫（1 億美元），開發半人馬座阿爾法星雷射推進探測器

Philip Lubin (2015)

加州大學聖塔芭芭拉分校物理學家，為「突破攝星」計畫開發了定向能推進概念

Miguel Alcubierre (1994)

墨西哥物理學家在廣義相對論中提出了數學上有效的 FTL 曲速驅動

Robert Forward (1984)

為星際旅行發展光帆和反物質推進概念的物理學家

Freeman Dyson (1960)

擬議的獵戶座項目核脈衝推進和戴森球概念

🎓 學習資源

The Alcubierre Warp Drive: On the Matter of Matter [paper]
能源需求分析和 Alcubierre 度量的可行性
A Roadmap to Interstellar Flight [paper]
定向能量推進到達附近恆星的技術路線圖（JBIS，2016）
Breakthrough Starshot [article]
耗資 1 億美元開發雷射推進星際探測器
Tau Zero Foundation [article]
基金會推動星際推進研究和教育

💬 畀學習者嘅話

恆星之間的距離是驚人的，但人類的聰明才智也是如此。這個模擬器中的每一個推進概念——從核脈衝到反物質湮滅——都是基於真實的物理學。探索、比較並發現為什麼到達星星是可以想像的最大的工程挑戰。