第65章 从相对论到量子论:航天征途的理论引擎

莱布尼茨发明的微积分,恰是推动这些齿轮精准运转的关键动力。

在分析飞行器飞行过程中的加速度、速度和位移等变化关系时,就如同拆解钟表内部的复杂结构,需要用到微积分来精确计算。

例如,通过对加速度进行积分,能得到速度随时间的变化;对速度积分,则能确定飞行器的位移,从而实现对飞行器运动状态的精准把握,为轨道优化提供数据支持。”

骁睿惊叹:“原来微积分在航天里有这么多实际应用,真是太厉害了!”

骁睿紧接着追问:“那赫兹、黎曼、普朗克和海森堡呢?他们的研究在航天领域能发挥什么作用?

感觉他们的理论更抽象,和实际应用的联系不太好理解。”

洛尘开始解释:“在航天技术发展的早期,通信难题如同横亘在人类与宇宙之间的一座大山。赫兹证实了电磁波的存在,为跨越这座大山提供了可能。

航天器与地面控制中心之间的通信,仿佛是搭建了一座无形的桥梁,而电磁波就是在这座桥梁上传递信息的使者,负责传输遥测数据、指令信号,还有宇航员与地面的语音通话、图像传输等。

全球定位系统(GPS)这类航天导航技术,也是基于电磁波传播原理,依靠它来精确测定航天器位置,让航天器在浩瀚宇宙中有了精准的‘导航地图’。”

骁睿看到这儿,不禁脱口而出:“电磁波存在的证实对航天意义重大?快说说,这和我们平常理解的航天通信有啥关系?”

洛尘继续:“从本质上讲,航天通信需要一种能够在广阔宇宙空间中稳定传播的媒介,电磁波恰好满足这一需求。它可以在几乎真空的环境中以光速传播,不受距离和环境的过多限制。

就像在黑暗的宇宙中点亮了无数信号灯塔,让地面控制中心与航天器之间能够顺畅沟通,实现对航天器的实时监控与操作。”

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骁睿感慨:“没想到电磁波在航天里这么重要,那黎曼的理论呢,他的几何好像很抽象。”

洛尘接着说:“航天探索不断向深空迈进,航天器在地球和其他天体引力场中的轨道计算变得愈发复杂。黎曼创立的黎曼几何,成为解决这一难题的有力工具。

广义相对论描述的时空弯曲现象,需要一种能够精准描述弯曲空间的数学语言,黎曼几何应运而生。

计算航天器轨道时,得考虑空间的弯曲效应,黎曼几何就能用来描述这种弯曲空间中的运动,让轨道计算更精确。

比如在计算水星近日点进动这一与航天轨道相关的现象时,基于黎曼几何的广义相对论计算结果与实际观测高度吻合,为航天器在复杂引力场中的轨道设计提供了理论依据。”

骁睿打断道:“等等,黎曼几何怎么就成了广义相对论的基础了?这两者之间的联系太让人好奇了。”

洛尘解释:“广义相对论揭示了时空与物质能量的相互作用,而时空的弯曲是其核心概念。

黎曼几何提供了描述这种弯曲时空的数学框架,它能够定义弯曲空间中的距离、角度等几何量,使科学家可以定量分析时空弯曲对物体运动的影响。