第65章 从相对论到量子论：航天征途的理论引擎（1/2）

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【直播画面中，顾神切入正题，声音低沉地说道：“大家知道，51 区的阿波罗计划、西福特计划等项目，背后推动者多为德裔科学家。回顾物理学史，上个世纪前期，德意志籍物理学家大放异彩，像爱因斯坦、莱布尼茨、赫兹、黎曼、普朗克、海森堡等，都为世界物理学发展立下汗马功劳。”】

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弹幕跳动

“原来51区的科研背后有这么多德国物理巨匠的影子！那他们的理论到底是怎么具体应用到这些计划中的呢？”

“是啊，这些大物理学家的成果，肯定不只是书本上的理论那么简单。”

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骁睿双手飞速在键盘上敲击，给洛尘发消息：“洛尘，这么多物理学大咖都是德国人，他们的理论对航天技术的影响肯定超乎想象。”

洛尘坐在电脑前，神色专注，推了推眼镜后回复：“在航天探索领域，精确计算航天器轨道是迈向星辰大海的基石，这一任务难度极高。

爱因斯坦的广义相对论，犹如一把开启难题之门的钥匙。广义相对论打破传统认知，指出质量会让时空产生弯曲，航天器在这片弯曲的时空中穿梭，其运动轨迹自然会发生改变。

科学家们借助复杂精妙的公式，把天体质量、航天器初始位置和速度等关键参数代入其中，就能如同绘制地图一般，精准算出航天器在引力场中的轨道，保障其能准确无误地抵达目标位置，为深空探测提供了坚实的理论支撑。”

骁睿眼睛一亮，追问道：“那具体是怎么通过广义相对论来计算轨道的呀？这也太神奇了。”

洛尘耐心解释：“简单来说，广义相对论构建了一个全新的时空模型。

当航天器处于天体的引力场中，就如同在一块被天体质量压弯的弹性布面上移动。

科学家们依据这个模型，将相关参数输入特定公式，比如史瓦西度规公式等，就能详细描绘出航天器在弯曲时空中的运动路径，从而实现精确的轨道计算。”

紧接着，洛尘继续补充道：“而狭义相对论中的时间膨胀效应，在精确的航天通信和导航系统中也必须被考虑进去，否则信号传输和定位都会出现偏差。”

骁睿满脸疑惑，连忙打字：“时间膨胀效应？这和航天通信、导航有什么直接联系呢？”

洛尘回复：“航天通信与导航系统对时间精度的要求近乎苛刻。航天器在太空中高速飞行，根据狭义相对论，其时间流逝速度会与地球表面不同。

想象一下，信号就像在时间长河中穿梭的小船，若不考虑这种时间差异，信号传输的时间节点就会像偏离航线的小船，定位数据也会因此出错，导致航天器无法准确接收指令或确定位置，严重影响航天任务的执行。”

骁睿恍然大悟，又想起之前的问题：“那莱布尼茨的微积分呢，到底在航天工程里怎么用的？”

洛尘回答道：“航天工程是一个复杂庞大的系统，其中飞行器的动力学分析以及轨道优化等工作，犹如精密钟表中的复杂齿轮，每一环都至关重要。

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？”