100天压缩成1天?中国超重力实验室落户杭州,可以压缩时间和空间

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中国投入21亿元,研制出超重力场大设施,据说不仅可以模拟超重力环境,还能压缩时间和空间,虽然听着科幻,但它确确实实存在,并且规模和容量领先全世界。

21亿元建设的超重力实验室有什么作用?

这座超重力场大设施的全称是超重力离心模拟与实验装置国家重大科技基础设施,据悉,这座设施从2020年2月份开始建设,2023年完成封顶工作,而就在前段时间,项目配套的11千伏变电站带负荷实验也圆满完成,这意味着这座实验室将会很快投入商业运营。

超重力场大设施是《国家重大科技基础设施建设十三五规划》确定的10个优先建设项目之一,项目的选址在浙江杭州未来科技城。作为一项重大的科技设施,它主要由三台超重力离心机、温控分系统、18台记载装置、110千伏变电站以及实验大楼组成,项目占地89亩,总的建筑面积达到了34560平方米,前后总投资达到了21.008亿元

按照专业的说法,这套设施的主要功能有两个,一个是缩尺,一个是缩时。看到这样的描述,肯定有些人会想到,这不就是时间压缩和空间压缩吗?难道我们的技术已经发展到这种地步了?但其实并没有这么夸张。

所谓缩尺,是指可以缩小实验对象的尺寸,以最小的成本投入,研究实验对象的相关性能数据。举个例子,假如建筑行业要测试某种材料是否能够承50层楼的压力,如果为了测试真实数据而真的建一座50层的楼房,那成本投入是不是太多了,但是在超重力场大设施里,就只需要建一楼,然后通过这座大设施给它施加50倍的重力,那效果其实也是和建50层一样,而且还不用浪费那么多冤枉钱。

而缩时则是指缩短物质变化的时间,加快物质变化的速度。假如某个实验室要研究某种物质在地球深处,在重力的影响下产生的变化,如果放到自然界中的话,这种变化过程可能需要持续成百上千年才会发生,但是在这套设施中,就可以给它施加超重力,加快了它的变化时间,而不用等待成千上万年。

虽然这座实验室的功能不像科幻片里那样炫酷,但也是能够让人眼前一亮,那么它究竟是怎么做到的呢?

超重力是怎样实现的?

一般来说,宇宙中有质量的物体都会有引力,重力的产生,可以简单理解为两个物体之间相互吸引,就比如人类和地球,虽然我们感觉是被地球牢牢吸引住,但是里的作用总是相互的,它吸引我们的同时,我们也在吸引着它。

通常我们会把在地球上产生的重力,视为正常的标准重力,当重力发生改变时,就在这个标准上进行增减。重力的大小和物体的质量有着直接联系,就比如月球的质量比地球小,这就意味着人类在月球上产生的重力要比在地球上小,这种时候人是可以在上面轻松跳得很高的。而像木星这样的星球要比地球大很多,人类要是能站在木星上,基本上连脚都抬不起来,或者很有可能是直接被压扁。

在科幻片里,我们经常见到,人们为了能够在宇宙飞船中正常行走,就制造出一种人工重力场,很多科幻片里的这种重力场都是直接产生的,就像是一种无形的力量,但现实哪有这么简单。

以人类目前的技术而言,做不到直接创造重力,但是却可以模拟重力。在这套实验设施中,有一个重要的组成部分叫做超重力离心机,超重力就是由这部分产生。

这个原理其实一点都不神秘,从名字上就能理解,就是利用了离心原理,通过高速旋转,可以把物体甩出去,但是由于旋转部分被封住,所以物体会紧紧贴住外沿,就好像被一股力量吸引住一样。

这种原理通常被用于洗衣机的脱水功能、混合物的分离,而在航天领域,也被用来训练航天员的抗负荷能力。当航天员乘坐火箭飞上太空时,由于火箭速度很快,航天员要承受很强的重力,如果适应不了,很有可能对身体造成严重损伤。所以为了能够让航天员适应火箭升空时的超重力状态,航天员要在地球上就进行专门的训练,他们训练使用的机器,可以产生他们超出他们自身体重八九倍的重力,相当于他们身上压着八九个和自己同样体重的人,人体虽然一下子承受不住这样的重力,但是可以循序渐进,一点点练起。

用离心模拟重力,是人类目前能够制造人工重力的方式,虽然不像电影里那样炫酷,但却是实实在在的技术。

人类的生活总是会受到重力的影响,所以研究重力对物体的作用,成了当今科技绕不开的一道门槛,有了超重力实验室,将会对这种研究带来极大的便利。但是既然都说到了超重力技术,我们的话题自然就会转向太空中的人造重力技术,那么超重力实验室的技术能否运用到太空上呢?

能否在太空中实现人工重力?

地球的重力将我们牢牢束缚在地面上,无论怎么跳怎么飞,最终都还是要回到地面上,所以自古以来,人类最大的梦想就是能够摆脱引力、自由翱翔。而当人类终于进入了太空才发现,其实在宇宙之中,能够被引力牢牢束缚,算是一种幸运,因为宇宙很大,除了少部分有星球分布的地方有引力之外,大部分的真空环境,都是没有引力的,所以人类能够生活在地球上,真的是一种幸运。

一般来说,当飞船到了近地轨道的高度,受到地球的引力就很小了,如果再飞的远点,那就彻底失去了引力的作用。在这样的环境下,人就会四脚不着地,彻底实现了自由飞翔的梦想。然而这时候才发现,没了引力真的很不习惯。

就比如睡觉的时候,在地球上已经习惯了躺在一张床上睡觉,因为有地心引力的影响,所以要不断翻身,以便调整体内血液分布。然而在太空里面,因为没有重力,所以体内的血液不会再像地球时那样受引力影响,翻身的这个习惯直接不起作用。

再比如倒水这个动作,在地球上因为有引力的作用,所以水都是从高处往低处流动,然而在太空里,没了重力也就没了高低的概念,水就流不出来。所以我们在电视里经常看到,航天员喝水要么是用吸进去,要么就是吞一颗大水珠。

也就是说,人类在地球上的生活习惯,在太空上是行不通的,所以要在太空上生活,要么就是改变习惯,要么就是人工创造重力。

人工重力的想法,其实在很早以前就有了,就是通过离心原理来模拟,虽然可以模拟出重力效果,但其实比不是重力,而只是物体的一种惯性的表现而已。这种想法在电影里经常能够看到,电影里的空间站通常会有一个旋转的的大圆环,这就是模拟重力的装置,理论上,只要这个装置的半径足够大,旋转的速度足够快,人类在里面就能够感受到和地球上一样的重力,而且还不容易察觉到所处环境的弯曲程度。

按照人类现在的技术水平来看,要创造出这样的设备并不是难事,但是为什么我们的空间站没有,甚至连国际空间站也没有呢?那就要考虑到实际工程的可操作性了。

按照计算,如果要在太空中建造出可以产生和地球一样重力的大圆环,那么这个圆环的半径也要两百多米,如果在地球上建造半径两百多米的圆形建筑,其实难度并不是很大,但是要在太空里造出来,那难度可就不一样了。

首先这样大体积的工程肯定需要很多材料,这些材料不管是在地面上作成模块搬上去,还是直接搬到太空建造,都需要用火箭一趟一趟地运输,不要认为着很简单,就比如说国际空间站,从开始建造到完成,就用了十多年,而且是在多个国家共同努力的情况下才完成的,那更何况是半径两百多米的大圆环,工程量还会更大。

而且就算造出来了,产生了重力,实际使用也有很大的问题。这种方式产生的重力,和旋转半径有直接关系,虽然在旋转的时候人的双脚可以感觉像踩在地面上,但是因为人有高度,头和脚受到的重力不同,要是身处其中,站都站不稳,更谈不上正常生活。

所以就目前而言,我们就算创造出这种机器,也只能在地球上使用,而且也主要是用来做一些极端环境的实验。

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