胡想必然要有,万一实现了呢?
当我们要逃离地球的时辰,火箭需要达到一个速度11.2km/s,这是第二宇宙速度,也是地球的逃逸速度。速度是解脱引力的关头,光是宇宙的极限速度,然而即使是光也无法逃离黑洞,所以黑洞是宇宙最强的天体。
若是我们想走出银河系,我们需要解脱银河系的引力,就需要达到银河系逃逸速度,即第四宇宙速度120km/s,对于人类来说遥遥无望。
假设人类可以无限接近于宇宙极限速度。即使是这样还有一个更严重的问题限制着我们,那就是时候。银河系半径约为13~20万光年,这意味着,即使我们能无限接近光速也需要13~20万年。好动静是爱因斯坦说速度会使时候发生膨胀。
人类能接近光速吗?
您幻想的场景可能是这样的,一艘宇宙飞船以近光速进步,大量恒星,星系如流光般从您身边快速流过。然而真实的环境是您只能看到一个光球覆盖着您,这个光球是宇宙微波布景辐射(CMB)。
图:CMB
CMB我们泛泛肉眼是无法看到的,因为它在我们的可见光波谱之外,就像我们看不见红外线、紫外线、无线电波是一个事理。
可是当我们近光速飞翔时,恒星、星系光线会发生严重的蓝移,波长缩短,移出可见光波谱之外,酿成不成见的x射线。与此同时,CMB会被蓝移到可见光波谱中,所以我们只能看到一个朦昏黄胧的光球。
基于光速不变道理,爱因斯坦推导出了,一切有静质量的物体无法达到光速,是以无论是飞船,仍是飞船上的人和物都无法被加快到光速,理论上我们可以无限接近于光速,但现实上我们并不具备获取整个宇宙中有限的能量为己用。
当我们不竭加快时,质量也会不竭上升,时候也会逐渐慢来下(在地球上的人看来)。按照质能等价公式E=mc^2,加快需要能量,跟着质量上升越加快耗损的能量越多。这意味燃料将呈现的收益递减定律,大量的燃料耗损只能获得极小的加快收益。
狭义相对论描述:时候的流逝受物体相对于其四周物体活动速度的影响。一个不雅察者在空间中观光得越快,他对时候的感知就会改变得越多。这叫做时候膨胀。
为了便于理解,假设我们以99.5%的光速C的速度起飞,前去4.37光年之外的半人马座阿尔法星,再从那边返回地球需要大约8.5年的时候,回来时地球为2029年。而对于宇航员和飞船来说它只飞翔了一年,或者说宇航员只衰老了1岁。
跳出幻想
此刻我们跳出以上的幻想,我们看看实际如何。火箭是今朝人类离开地球引力的独一交通东西。
它受控于高度挥发性的燃料,当燃料被点燃鞭策火箭达到逃逸速度,从而不受地心引力的影响。操纵它我们已经达到了轨道、月球,甚至发射了探测器已经达到了太阳风吹不到的处所。
图:土星五号
1969年5月26日,阿波罗10号第一次登月试运行,它创下了载人飞翔器速度的记实,时速接近4万km/h。在土星五号火箭的鼎力鞭策下,它登上了月球,这是20宿世纪最壮大的火箭。它连结着最大发射速度的记实,跨越了5.8万km/h。
图:观光者1号与2号
1977年观光者1号发现,摸索了木星和土星,并操纵这两颗气态巨星的引力将本身“甩”标的目的下一个目标地。在引力弹弓的加快下观光者1号的最高速度达到了6.2万km/h。
1976年,太阳神2号在太阳四周回旋了无数次,不竭加快。最终达到了25万km/h。这是迄今为止“人造物”能达到的最高速度。2018年,帕克太阳探测器发射,它将当作会最接近太阳的“人造物”,在比太阳神2号轨道近7倍的轨道上运行。太阳的引力将使它达到至少75万km/h。
这些数字看着似乎都挺大,然而却不及光速(约10.8亿km/h)的千分之一,所以一起头了假设都是白日做梦。
继续做梦
人类的最高速度即使达到比来的星际邻人比邻星(4.25光年)也需要6000多年。不外,人类并非没有偏向。
图:黎明号
2007年发射的黎明号太空船,操纵了离子推进器。在离子推力器中,中性电荷的原子被电子撞击,导致原子离开本身的电子,酿成带正电荷的离子。这些粒子被集中的光束激发出来发生推力。固然加快能力很弱,但燃料可以持续很长时候,可以加快可以不竭聚积。科学家估计它最终导致跨越32万km/s,若是再加上太阳的引力弹弓,可能会达到100万km/h。
图:庞大的飞船
除此之外,还有无人核聚变更力宇宙飞船,理论可以达到2300万公里/小时(光速的2.3% ),以这个速度达到比来的比邻星(b)大约需要186年。今朝还有良多障碍,燃料(氘、氦3和氚),需要上土星和木星开采。
图:这或许是宿世界第一个受控热核聚变尝试反映堆(坐标海南)
物理学家还没有能力在尝试室中进行持续的聚变反映。并且聚变飞船体积是国际空间站的数十倍,无法从地球发射,需要在轨道上组装和发射。此外,飞船的大部门重量将由燃料自己组成,这对于任何形式的观光都是半斤八两低效的,您可以想象一下一辆汽车驮着一只蚂蚁航行。
2010年日本JAXA选择了另一个偏向,抱负中的飞船不需要燃料,而是依靠太阳帆来推进。太阳帆很像离子推进,但低功率不克不及运输大质量物体,即使1公斤的有用载荷和1平方公里的太阳帆也需要100年才能达到比邻星。
除了速度,我们还需要解决别的一个问题。假设我们能无限接近于光速,宇宙辐射和太空颗粒也会当作倍增添。今朝设想的防护方式为:把飞船建造在小行星或彗星内部建造,或把飞船至于5米深的“水壳”中。还有研发电磁屏障重定标的目的辐射,就像磁场庇护地球一样。
总结
综上所述,坚苦重重,即使将来我们可以达到高速航行,我们也无法携带大量物质,甚至是物种。片子中外太空漂浮着大量宇宙战舰的场景几乎不成能实现。
人类最终可否穿越群星之间庞大鸿沟可能取决于我们是否可以经由过程物理定律,开辟出的另一种飞翔模式,例如《三体》中的曲率飞船航行,压缩空间前行(缩地当作寸),当然这是科幻,但胡想总要有的,物理学胡想家一向在尽力寻找开启我们将来的钥匙。







