假设以接近光速飞行在宇宙中，不会因为撞到宇宙中的某些物质而被摧毁吗？

haixian02

我文科美术生…所以…求各路大神别吐槽…只是我看科幻电影或小说时，经常会出现宇宙飞船光速加速之类的…我就很好奇，接近光速的话拐弯闪避什么的应该很难吧，飞机要是撞上鸟都容易坠毁，那在宇宙中以接近光速行驶不会撞上什么东西吗？宇宙中不是漂流着各种星体之类的物质吗？

况且宇宙中应该有许多质量奇大但体积奇小的物质存在吧…飞机飞行时，小到鸟都有把它撞毁的可能，毕竟相对速度变得很大，鸟的质量不大，都很危险。在宇宙中不是小型星体到处都是，飞船以接近光速飞行，相对速度奇大…那…如何解释？

求大神解答一下啊。谢谢。

注：
看有许多评论或回答取证于《三体》。本人也很喜欢《三体》，大量的评论及回答，引用了《三体》，也确实证明它是一部优秀的SF类小说。但…它是小说，可以的话，我希望大家更多的用科学的角度回答这个问题。谢谢啊。

============来自第三方的公共编辑============

我觉得原题主问的应该是高速飞行中避免撞击的解决方案。撞上东西肯定会受损，不用看光速，看飞机撞鸟和高速路抛物案例就能体会。 @马前卒 的回答一定程度上解答了疑问：在宇宙中撞到东西的概率极低，言下之意就是避免撞击机制的成本过高，又基本用不上，所以干脆不管他。这跟客机不配备降落伞逃生的原因差不多。

但我想更多的朋友是想知道，在接近光速的情况下，如何防止撞击？

華大夫

谢邀。

宇宙空间确实很空旷。即使像小行星带这样物质相对密集的地方，如果你驾驶飞船飞过去，看到一块小石头的概率都几乎等于零。

图片来自How NASA is Eliminating the Asteroid Threat

然而，对于高速飞船（速度高于0.1倍光速）来说，星际物质（interstellar medium）的撞击却是一个很现实的问题。事实上，在对未来高速星际飞行的设想中，这始终是一个不容忽视的问题。不过，科幻小说却很少自找麻烦去考虑这个细节。

无论是在太阳系内部还是星际空间，都充斥着星际物质，主要包括尘埃和气体。它们以不同的方式对高速星际飞船造成危害。

先来看看尘埃造成的问题。

图片来自Cosmic dust

在过去的1千多万年里，太阳系运行在一个星际物质的空洞中。这个空洞是由一颗超新星爆炸形成的，形状不规则，长达300光年。在这个空洞中，每立方米大约有10^-6颗尘埃，每颗尘埃平均质量约10^-17千克，长度大多数在0.1微米以下。而在空洞外面，尘埃和气体的密度都要大得多。我们先用空洞中的尘埃密度来大致估算一次星际旅行会撞上多少颗尘埃。

假设飞船的横截面积是100平方米，进行一次到比邻星的往返飞行，航程约10光年，那么飞船会撞击到的尘埃数量大约是8.6 x 10^12颗。这样的微型尘埃，即使考虑到高速撞击的相对论效应，携带的动能也十分有限，所以单颗尘埃的撞击不会对飞船造成严重伤害。但是，大量撞击的累加效果对船体的侵蚀效果是不容忽视的。如果飞船采用面积巨大（超过1平方公里）的太阳帆作为动力，破坏效果就更明显了。

图片来自Solar sail

更加值得重视的是大号的尘埃（比如100微米以上）。如果飞船速度达到0.3倍光速，一颗这样的尘埃携带的动能相当于一个以时速100公里运行的火车头（100吨）。这颗尘埃可以毫不费劲的穿透飞船，蒸发掉撞击路径上的一切物质，对飞船造成致命伤害。

这样的尘埃的密度大约是每立方米会有10^-17颗。在上面的例子中，这样的撞击会发生大约400次。

在飞船的前方安装一个防护盾是一个常见的思路。但是要抵挡这样的高能撞击，对防护盾的强度和厚度都有很高的要求。这样的护盾也是一个巨大的负载，大大增加了飞船对燃料的需求。

这是一个比较保守的估计。高速飞船的航程肯定不会局限在离我们最近的比邻星，对于上千光年的航程来说，0.3倍光速也是一个比较低的速度。所以，危险程度会成倍的增加。

星际空间的气体以氢为主，还有少量的氦和更少的重元素。所以我们这里主要讨论氢带来的问题。在星际空间中，平均密度是每立方米1.8个氢原子。我们知道，一个氢原子包含一个质子和一个电子。在和飞船高速撞击的瞬间，氢原子会离子化——质子和电子会分离，形成质子束和电子束，穿透船体，直接对飞船内的人体和电子仪器形成辐射伤害。

然而，这个效果只有在比较高的速度下才会出现。比如，如果飞船速度达到0.9倍光速，质子流产生的辐射量可以达到每秒79西弗，这远远超过了致命的辐射量（6西弗）。同时，质子和飞船的相互作用也会产生大量的热，足以在很短的时间内让人体的温度上升到沸点。所以，如果飞船以这个速度飞行，乘员会在几秒钟内死得干干净净。

由于质子和电子都是带电粒子，所以很容易想到的一个办法就是用磁场偏转来保护飞船。为了有效的保护飞船，磁场范围需要大大超过飞船的范围。然而，在飞船上制造一个足够强度的磁场难度也很高。首先，产生高强度磁场的设备是一个巨大的负载；其次，磁场不能覆盖飞船内部，以免对飞船内的电子仪器产生影响；我们还必须避免粒子从磁场边缘折返，进入飞船；最后，目前还没有能够产生这种磁场的技术。

图片来自CERN is Creating the Spaceship Shields of the Future

幸运的是，如果速度较低，辐射影响就不大了。比如，如果飞船速度在0.5倍光速以下，辐射可以忽略不计。但是这个速度限制对上千光年的远航是一个巨大的障碍。另外，接近光速的飞行的一个好处是，飞船上的相对论时间膨胀效果可以节约乘员很多时间，让他们可以在有生之年跨越巨大的距离。然而，在0.5倍光速下，时间膨胀只有15%的效果，这个好处几乎就没有了。

torry

人类目前造出来的宏观物体，最快的速度差不多是不到20千米/秒
而光速是30万千米/秒，相差了一万倍，数量级的差别足以改变后果，所以你产生这样的疑问和误解是很正常的
撞不撞得上，取决于速度，或者说你所关心的情境
对于目前技术下每秒几公里顶多几十公里的、尺寸是一两米大小的航天器，在远离地球以后，在太阳系之中飞行，碰到的物质主要是一些气体和尘埃，这样应该叫做「沾」上而不是「撞」上，那些真正的大块物质（如恒星或者行星），早就在出发前就计算好轨道，想办法避开了，再算上防护设施的技术成本，不考虑是很正常的， @马前卒 的答案代表了这个思路
但是如果真的足够接近光速了，比如说达到了光速的0.99倍，情况会大不相同，别说是宏观物体那么大了，即使是微观粒子，即使「迎面碰撞」的面积很小，也有可能被撞碎
我们知道，宇宙中充满了微波背景辐射，这些背景光子，温度相当于3开，密度相当于千克/立方米，这些光子「几乎」是静止的（在某种意义上可以这么说，当然光子本身的速度仍然是光速），构不成什么威胁，但是，当速度接近光速的时候，微观粒子撞上这些低能的、静止的光子，也会被撞碎，这在天文学上叫做 GZK 截断 Greisen“Zatsepin“Kuzmin limit（目前 GZK 截断仍然是理论推导，真正能够达到那种高速的微观粒子也没有多少，所以观测上尚没有足够的证据支持）
事实上，霍金最近提出的「突破摄星」计划，有一些人不看好的理由就是，即使宇宙飞船做成了像邮票大小，当速度达到光速的20%的时候，看起来人畜无害的尘埃，也足够对飞船造成毁灭性的损害

1254873

接近光速的飞船，需要在意的就不是撞到恒星或者石头了。

看你多接近光速喽，足够接近的话，被微波背景辐射闪瞎都是有可能的。

再有，我好像没有看到谁提到，在我们看来一个光速飞船一秒钟走了一光秒，可是在它的固有时看来，它也许已经飞出银河系了（取决于它到底有多接近光速）。按这种速度再去算散射截面，又是另一番景象。

估算什么的我就不做了，大家继续脑洞。

chenlei520

普遍的观点认为太空中天体稀疏。但虽然恒星是少，小行星、陨石可是不计其数的。我们目前对目前太阳系中米量级的天体几乎一无所知。而到了亚光速的阶段，微米量级的天体都不能忽视。

实际上，这是人类在目前试图做长距离（且接近光速）的星际旅行将面临的最大困难之一。我们将来很可能只能使用数量取胜的方式：广撒网，总有没被撞毁的。

此外，一种可能的清除小天体的方式是使用气体，使航天器带上类似地球这样的大气圈的保护。而且当速度足够大时，大气圈的保护远远不够，可能需要使用其他更强的粒子束流来清除危险。我们目前的科技与经济实力距离这个能力还相当遥远。