无限燃料，光速加持，我们能飞出宇宙吗？

tgboler

想象一下，在科技发达、燃料无限的情况下，你能航行多远？

人类的航天飞行技术已经能使人类飞离地球，那凭借我们的能力究竟能够去到多远呢？

图解：美国国家航空和宇宙航行局(NASA)首次于卡纳维拉尔角(Cape Kennedy)的航天中心发射阿波罗4号。尽管它的加速度仅与跑车差不多，但是它成功升天的秘诀在于其加速度的不断累积。不久之后，土星5号运载火箭成功完成载人登月任务。我们的脚步止步于数十年前阿波罗号所及之处，但是我们的能力不仅限于我们已经达到的目标，我们有潜力探索到宇宙更遥远的地方。（来源NASA）

假设：如果我们能够以地球的重力加速度9.8m/s?作为火箭的加速度，而且如此无限地加速下去呢？

图解：多节火箭升空时会丢弃其分节，速度随之越来越快，理论上将会接近光速，如同下图中的超级哈斯火箭发射器( Super Haas Rocket)。为了达到这种相对论速度，火箭就必须配备一种强效燃料，或者携带足够支撑速度的燃料量。理论上认为，如果火箭一直维持着加速度状态，我们不仅能到达人类目前对宇宙的预想之处，还能进一步突破这一界限，去到宇宙的更远处。(DRAGOS MURESAN, UNDER C.C.A.-S.A.-3.0)

一旦开始加速，很快就会接近到光速。

图解：基于光速的恒定性，不同的速度下会观察到不同的“时间膨胀”现象。爱因斯坦的狭义相对论提定义了不同速度下，时间和空间是如何转换的。(JOHN D. NORTON, VIA PITT.EDU/~JDNORTON/TEACHING/HPS_0410/CHAPTERS/SPECIAL_RELATIVITY_CLOCKS_RODS)

在爱因斯坦的狭义相对论支持下，我们得知，时间将会膨胀，而长度则会缩小。

图解：在爱因斯坦之前，洛伦兹、菲茨杰拉德等人就相对论性运动构建出一个革命性的理论观点，指出告诉移动的物体会在空间中表现出压缩状态，并且在时间中膨胀，同时物体外则有更多的时间呈现出膨胀现象 (CURT RENSHAW)。

如果持续加速，遥远目的地与目前所在地之前的时间和空间会急速变形。

图解：对于人类生命体来说，最有效的星际穿越法之一就是先以稳定加速度持续加速，然后转向，再以固定加速度持续减速，在确保达不到光速的同时，花费对于本观察者来说最少的时间到达目的地。(WIKIMEDIA COMMONS USER P. FRAUNDORF)

在行程的一半位置，加速推进器会转至另一方向来完成余下的旅程。

图解：关于我们的太阳系有一种对数性的观点，认为太阳系的范围扩展至我们最近的一个恒星为止，这是小行星带延伸的现象，其中包括柯伊伯带和奥尔特云。采用先恒定加速再恒定减速的方法将花费数月，甚至一整年的时间才能到达奥尔特云的中心边缘。( NASA)

奥尔特云位于太阳系的边界，需要大约1年时间才能到达其中心。

图解：半人马阿尔法星左上方的子星A星和B星与旋转状的半人马比邻星一样，都是恒星系统的一部分。这三颗是离地球最近的恒星，距离地球4.2光年至4.4光年之间。从相对论速度的角度来看，不到4年的时间里，我们就能去到那三个恒星中的任意一个。(WIKIMEDIA COMMONS USER SKATEBIKER)

但如果想到到达距离地球4.3光年的半人马阿尔法星系则需要4年多一点的时间。

图解：以相对论速度前往猎户星座时，随速度逐渐接近光速，周围的空间会愈发扭曲，与星座之间的距离因此压缩，相应地，到达目的地的时间也会缩短。FMJ-软件公司( FMJ-Software)创造出一款名为星际虚拟旅行( StarStrider)的三维天象仪程序，我们曾使用该程序模拟出猎户星座。仅从星际穿行者自身的角度看来，不需要突破光速就能在1000年的时间内达到1000光年以外的宇宙。(ALEXIS BRANDEKER)

去到距离地球1000光年的猎户座星云只需要15年的时间。

图解：西格尔( E. Siegel)认为银河中心位置的光属于可见光，而且它是银河系的中心。这里汇聚着几十亿颗星星。虽然这些星星距离我们25000光年，但通过以9.8m/s?的加速度稳定加速再减速，在飞行者眼中，20多年时间就能到达。

只需20年，就能带你穿行到25000光年外的银河系中心。

图解：仙女星系属于本星系群，但其直径却比银河系大了快1倍。它距离我们250万光年，如果我们持续以9.8m/s?的加速度飞行，到中间位置时，再反向减速，那对于飞行者来说，30年时间便可到达仙女星系。(ADAM EVANS / FLICKR)

只需30年的时间便可到达250光年外的仙女星系。

图解：可观测宇宙范围内宇宙呈现米黄色，我们能触及之处为洋红色。如果我们先以9.8m/s?加速，如此持续大约22.5年，再转向减速22.5年，那我们就可以到达洋红色圈之内的任何星系，暗物质宇宙也不例外。(E. SIEGEL, BASED ON WORK BY WIKIMEDIA COMMONS USERS AZCOLVIN 429 AND FR?D?RIC MICHEL)

事实上，只要不过45年的时间就能到达150亿光年内的任意星系。

图解：银河系和仙女星系的模拟合并过程中产生了一些不同的现象。相对论速度的旅程中，有人变老了几岁或者几十岁，还有人状态不变，没有受到时间膨胀的影响。在未来40亿至70亿年之间，银河系与仙女星系将会合并，同时太阳会变成红巨星，随后死亡。经历过一段单向的长途太空旅行的人如果此时回来，则会发现自己的家园面目全非，无法挽回。(NASA, ESA, Z. LEVAY, R. VAN DER MAREL, T. HALLAS, AND A. MELLINGER)

长距离星际穿越对于地球来说会度过数十亿年，因此这只能是单向旅程。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. medium-粉红派阿翻

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

1


本文选自：今日头条

pili3761

宇宙的膨胀速度可是比光速还快[黑线]

ZmAXxoJF

光速加持不如佛祖加持，长生不老才能去外星球旅游，且注定是单程，没有回程票。

shichg123

狭义相对论都√吗？时间会给正确的答案。