冲出银河系：未来的人类将如何在星际间穿梭？

烟织成愁撼

在上一篇文章《光速是极限，那人生百年就永远被困在100光年以内了？》里，我告诉大家虽然虽然光速物体运动的极限速度，但是当运动的速度接近光速的时候，尺缩钟慢效应将变得非常明显，从而可以让人在一年甚至更短的时间内到达千万光年以外的地方，在文章的末尾看到了冲出银河系的希望。

但是，理想很丰满，现实一般很骨感。 上一篇文章了我们只是做了一个定性的分析，知道接近光速的时候会出现这种效应，这篇文章我们先来给大家做一个定量的计算，先来直观的感觉一下要达到这样的效果需要什么样的代价。
尺缩钟慢系数

从上一篇文章的分析中，我们很容易知道这个尺缩系数和钟慢系数应该是一样的。从地面上看飞船，飞船上的人时间慢了多少倍，那么飞船上的人看前方，空间就应该相应的缩减了多少倍。这样才符合计算，才不会违背因果律，才不会出现一些这边的人看你还没有出发，那边的参考系的人就已经到了的情况。
不卖关子，速度为v的钟慢尺缩系数的公式如下：



这是什么意思呢？假如飞船的速度的光速的80%，也就是0.8 c ，这个钟慢系数为：



也就是说地球上过去了10个小时，飞船上才过去6个小时。（是不是感觉有点小失望？都0.8倍的光速了，结果才换回了这么点变化~）
假设速度是0.995c，钟慢系数算出来大概是0.1，也就是地球上过去了10小时，飞船上才过去1小时。
按照我们上一篇的美好愿望：如果要在100年之内冲出银河系（假设要飞5万光年），那么这个钟慢系数最低必须达到0.002。根据上面的公式，如果要达到0.002的钟慢系数，那飞行速度得到达0.99998c，如果想要一年之内冲出银河系，这个数字我不想算了（其实是不敢想了），你们自己去算。



到达这种级别的速度需要消耗的能量是相当惊人的。我们先看点实际的，人类目前飞的最远的探测器旅行者1号大概是18公里每秒，跟光速的30万公里每秒差了将近两万倍。当然，如果是要加速，人类肯定还是有办法加速的，但是要把飞船加速到光速这个级别，起码得掌握核聚变的能量吧。
《太空旅客》里的核聚变飞船

16年12月上映的科幻电影《太空旅客》里就讲述了一艘核聚变动力的飞船以0.5c的速度前往大约70光年外的星球，很显然，这个速度下的钟慢效应是帮你省不了多少时间的。但是，0.5c的速度前往70光年外的地方，怎么着也得120来年吧，这么长的时间内人早挂了，那怎么办呢？



解决方案估计大家也很清楚，那就是：休眠。
通过一些技术手段让身体冷冻休眠，让身体的新陈代谢全部终止，这样你就可以永葆青春，永远不会变老，休眠前后你的身体不会有任何的变化，而且，休眠的时候旅行者也不会有任何感觉，包括梦。
所以这种过程对旅行者而言还是很友好的，他只要进入休眠期，让飞船自己飞120年，120年之后再唤醒自己。整个过程对旅行者自己而言就是眼睛一闭一睁，70光年外到了。
这种方式的星际旅行可以说对技术要求是最低的。低温休眠技术可以说现在就已经比较成熟了，已经有公司提供这样的冷冻服务，它可以把一些身患绝症的人或者刚刚死亡的人冷冻保存起来，希望等到未来科技发达到可以解决这些绝症的时候再把他们唤醒。
至于核聚变技术，人类目前唯一使用核聚变的地方就是氢弹，但是氢弹是不可控的，人要要利用核聚变产生的核能作为飞船的推动力，显然必须要让核聚变可控。在这一领域，技术上走在最前面的是中国，中国已经能够稳定控制核聚变达一分钟左右，在未来的几十年里应该可以掌控这股力量。



当然，也有人说我可以不利用核聚变，使用更加高级的诸如反物质引擎之类的，但是不管你用什么推进，原理上都跟这个差不多。
所以，我们这代人搞不好还有机会去外星溜达一下。希望总是要有的，万一实现了呢~
《星际穿越》里的虫洞

上面也说了，通过核聚变+休眠的方式实现的星际旅行技术上是最容易实现的，但是效果嘛，肯定就不那么理想了，毕竟这可是要实打实的花好久。万一要去的地方非常远，比如上万光年，你还真的能休眠这么久？中间飞船稍微出了一点问题你还怎么玩？



诺兰的《星际穿越》给我们展示了另外一种技术含量高一档的穿梭方式：虫洞。因为时空是弯曲的，所以我们可以在弯曲的时空中间打个洞，这样就相当于抄了一条近路，可以大幅度的节省时间。
目前人类貌似还没有发现真正的虫洞，就目前的技术而言，想制造一个虫洞，并维持它的稳定（让飞船能有足够的时间从虫洞中穿过去）还差的太远了，几百年后看有没有希望吧，这辈子我是不做指望了~
《三体》里的曲率驱动引擎

大刘在科幻巨著《三体》里给我们描述了一种超凡入圣的星际穿越方式：曲率驱动引擎。曲率驱动的概念是一些脑洞极大的科学家想出来的，它能在不违背相对论的前提下实现超光速飞行，《星际迷航》里以前也使用过这种方式。没办法，影视作品要拍，科幻小说要写，剧情需要必须在主人公活着的时候穿越到很远的星系里去，能挑出一些不违反科学定律又能实现目标的方式已经不容易了，谁还管你的脑洞大不大？总不能又被雷击中了在时空里到处穿越吧？
曲率驱动它的脑洞大到什么地步？一艘处于太空的飞船用某方式把它后面的一部分空间“熨平”， 减小这部分空间的曲率，那么飞船就会被前方曲率较大的空间拉过去。（其实它没想着直接把空间对折让两个地方的距离直接变近就不错了）



这就好比是宇宙大爆炸膨胀的时候，我虽然没有动，但是宇宙的膨胀带着我超光速往前走一样。我们宇宙的年龄只有138亿年，但是我们却能观测到460亿光年以外的东西，为什么？因为宇宙本身也在光明正大的超光速膨胀，这跟曲率驱动异曲同工。
然后，你用脚指头都能都能想象的出来，要实现这样的技术需要多大的能量。到了这种可以随意扭曲弯曲时空的程度，你哪里还是什么人类？你简直是上帝！
为什么大刘他们要在小说里引进这种漂得没边里的技术呢？因为好用啊。
曲率驱动可以绕过相对论的光速诅咒，名正言顺的超光速旅行，关键是它还没有任何副作用。诸如尺缩钟慢这种不良反应通通没有，这样就不会出现我飞到哪里去再回到基地的时候，基地里已经过去了一万年！真是科幻必备的良药啊！
今天就到这里吧，脑洞开得有点大，得去吃点核桃补补脑了~
<hr/>本文首发于公众号长尾科技的《相对论光速系列》，该系列其他相关文章如下：
《如何彻底搞懂狭义相对论里的“光速不变”？》
《为什么物体的速度无法超过光速？光又为什么能达到光速？》
《两艘飞船接近光速相对飞行，它们的相对速度会超过光速么？》
《光速是极限，那人生百年就永远被困在100光年以内了？》
《冲出银河系：未来的人类将如何在星际间穿梭？》
《达不到地球逃逸速度，我们就无法离开地球了么？》
《使用低速航天的办法能离开黑洞么？》

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苏警暗刚

对于没有质量的光子，时空感是什么样子。对于质量接近于0但是接近光速的粒子呢

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那种依靠能量而非扭曲时空推进的方式，我倒担心会不会因为速度过快来不及反应，从而撞到别的天体造成船毁人亡。

以神的名义屑

按照加速器撞出的基本粒子规律来看，光子的衰变寿命应该是很短很短的，以我们的参考系看光如果没有被阻挡寿命应该是很长很长，以光子的参考系可能刚出生下一瞬间就到了宇宙末日，而自身也马上要衰变了。