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太空旅行或成可能?相对论来告诉你

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online_member 发表于 2020-2-28 21:28:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
正相反,这使星际空间旅行成为可能,或者至少在人类一生中可以实现。

理由是加速度。人类是相当弱小的生物,我们不能忍受太强的加速度。强加大于1g(一个重力加速度)的加速度在一个人身上持续较长时间,他就会遇到各种健康问题。(强加大于10g的加速度,这些健康问题就会包括立即失去意识和迅速死亡。)
太空旅行或成可能?相对论来告诉你188 / 作者:hyfeng0828 / 帖子ID:56579

为了到任意某个地方旅行,我们需要加速到你的旅行速度,然后在另一端再减速。如果我们限制到1.5g加速度持续一段时间,那么这将带给我们一些问题——每个人在我们到达前就会死亡。最好是派机器人,或者至少是比我们这些脆弱的有机的水袋子(比喻人类)健壮的东西。
太空旅行或成可能?相对论来告诉你394 / 作者:hyfeng0828 / 帖子ID:56579

但是相对论帮助了我们许多,只要我们接近光速,飞船上的时间就会膨胀,相比起在牛顿宇宙中花的时间,我们就能以更少的时间到达目的地。(或者我们从宇宙飞船上某人的角度来看:当他们加速到接近光速时,他们会看到距离缩小-效果是一样的,他们将功更快到达那里。)
太空旅行或成可能?相对论来告诉你11 / 作者:hyfeng0828 / 帖子ID:56579

这里是我整理的基于我们不能以超过1.5g加速的假设的图表。在上半段路程中我们加速到那个加速度,在下半段路程中以同样的加速度减速,恰好停在我们感兴趣的那个物体旁边。
太空旅行或成可能?相对论来告诉你652 / 作者:hyfeng0828 / 帖子ID:56579

你可以看到,要达到超过50光年外的物体,我们从相对论中获取了巨大优势;超过1000光年时,多亏了相对论效应我们才能在人类的一生中到达那里。

的确,如果我们继续下去,通过利用相对论效应,我们可以在人类一生中穿越整个可见宇宙(大约470亿光年)。

所以,通过运用相对论,我们似乎可以去到任何我们想去的地方!
太空旅行或成可能?相对论来告诉你923 / 作者:hyfeng0828 / 帖子ID:56579

好吧,不完全能。有两个问题:

第一,此效应只对旅行者们有用,他们在地球上的亲人将在没有他们的陪伴中生活、死亡。并且一旦他们返回,他们会发现地球上已经流逝了数千年。对于返程中地球时间的粗略计算规则是表中光年数的两倍加0.25。所以,即使我们确实派出了探险者,在地球上的我们将永远不会知道他们发现了什么,但是对于一些探索者来说,这或许是好的:“去参宿四旅行吧!只需18年的往返旅程,你就可以获得星际冒险和一份奖励:穿越到1300年的地球未来!

第二,是更直接,更现实的问题。把一个物体加速到我们这里用的相对论速度需要的燃料的量,是个天文数字。拿蟹状星云旅行来举例子,我们需要提供大约每千克飞船 7×1020 J动能来达到我们使用的最高速度。
太空旅行或成可能?相对论来告诉你136 / 作者:hyfeng0828 / 帖子ID:56579

这确实很多,但还是可获得的,太阳的输出功率为3×1026 W,所以,理论上你只需要几秒的太阳输出(加上一个戴森球)就可以收集到足够的能量,使一艘大小合理的飞船达到这个速度。这也假设你可以把能量转移到飞船上而不用增加其质量。(比如,通过激光固定在一个大型行星或恒星上;如果我们的飞船需要携带它的化学或物质/反物质燃料并加速它,那么你就会遇到“火箭方程的反对”,需要更多的能量。)
太空旅行或成可能?相对论来告诉你24 / 作者:hyfeng0828 / 帖子ID:56579

但我只是将所有这些都轻描淡写地当作一个工程问题来处理(尽管这远远超出了我们目前可以想象到的技术所能解决的范围)。与直觉相反,但却是事实——假设我们能使我们的宇宙飞船达到这些速度,我们就能看到相对论是如何帮助太空旅行的。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. 赵丁丁- quora

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原文地址:今日头条
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