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宇宙还存在除光速以外的一个速度限制,这才是人类真正的障碍?

星海漫游2022-03-22宇宙观察480
宇宙中有超越光速的物质吗?或许有,但我们没有发现,所以光是目前为止宇宙中的速度天花板。人类无数次幻想,当我们能够达到光速,会开启怎样的星际旅途。可是,光速是这么容易就达到的吗?“光”的速度人类目前最快

宇宙中有超越光速物质吗?或许有,但我们没有发现,所以光是目前为止宇宙中的速度天花板。人类无数次幻想,当我们能够达到光速,会开启怎样的星际旅途。可是,光速是这么容易就达到的吗?

宇宙还存在除光速以外的一个速度限制,这才是人类真正的障碍?

“光”的速度

人类目前最快的飞行器是帕克太阳探测器,它的速度为每小时39.3万千米。就是这样的速度,也无法看见光速的尾巴,人类离光速飞行还很远。这还不是最绝望的,早在100多年前,爱因斯坦就告诉世人,不要说超越光速了,就连接近光速都是很难的。那么,究竟是什么在限制人类的速度

星际航行

我们的目标是星辰大海,成为了很多人的口头禅。的确,虽然人现在还住在地球上,但是心却飞向了宇宙最深处。几乎所有人都认为,我们最终会离开地球,前往新的星球,开启新的生活

可是,宇宙是人类想去就能去的吗?从上个世纪50年代,苏联的第一颗人造卫星进入太空开始,人类便开始了星辰大海的计划。如果以人类到达的位置来看,我们未能突破地月系,人类目前登上的地外天体就只有月球

如果以人造探测器到达的距离来看,旅行者号已经脱离了狭义范围上的太阳系,但还没有完全脱离太阳的控制范围

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旅行者号飞行轨迹

也就是说人类忙活了60多年,还是没能彻底离开我们的摇篮,这就像一个婴儿翻出了自己的摇篮,但是他不能走远,只能扶着摇篮的边缘颤颤巍巍地站着,人类就是这个小婴儿。我们离自己的最终目标还有非常非常远的距离要走

可是按照人类现在的速度,这些距离应该如何缩短?像公里这样的单位,在太阳系内还可以用一用,一旦离开太阳系,公里无法满足这些距离的表示。宇宙的距离,光年说了算!

光年宇宙的距离单位,用最快的物质光为载体,串联起天体天体。有了光年,任何天体的大小都不是问题,人类甚至通过测量和计算,得到了宇宙直径为大约960亿光年。距离我们最近的恒星是比邻星,大约4.3光年

4.3光年放在宇宙中也就是隔壁与隔壁,但就是这样一个“小小”的距离,人类现在都触摸不到。于是,一个大胆的计划出现在了人类的目标里,那就是光速飞行,穿越星际

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星际穿越想象图

速度极限

人类的飞行器速度为何如此难以提速,是因为能量的供应。地球上的物体,都有其自己的速度极限无法突破。这里面涉及到了能量转换的问题,我们无法百分之百利用能量。生物通过食物为身体提供能量,这些食物并不会被完全利用。

其中一部分会用于维持身体运行,还有一部分会被直接排出体外,只能极少数能量被用于加速狂奔。同理,人类创造的飞行器,模拟了我们的生理机能。燃料燃烧产生了热能,这些热能一部分转化为动能,驱动飞行器,但是更多的热能是被散发了出去

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航天探测器

这也是为什么发射探测器,需要比它大十倍以上的火箭运输,光推进器就有好几个,里面装满了燃料。不过宇宙中没有重力,因此失去了能量的飞行器只能维持原有的路线,按照燃料耗尽那一刻的速度,继续前进

如果前方是一颗小行星,它就头也不回地一头扎进去;如果遇上引力大的天体,它便可能被俘获,成为一颗卫星;而它与地球联系的仪器,会在能量耗尽后罢工,永远失去联系

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运用火箭发射卫星

因此能量成为了目前限制人类速度的阻碍。不过理论上,人类是可以解决这个问题的,那便是可控核能。人类已经能够利用核聚变和核裂变的能量,只不过目前无法控制。

科学家提出了一个核能电池计划,所谓核聚变,是指小质量原子结合成为大质量的原子,而裂变是大质量原子分裂成为多个小质量原子。如果,人类可以实现循环,让核聚变和核裂变交替进行,那么只需要一个驱动能量,便可以将这个反应无穷无尽地进行下去

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可控核聚变规划图

可是,克服了能量的提供,人类真的就离光速更近了吗?这个问题,1905年的爱因斯坦就已经回答了,提高速度,是要付出代价的

光速之墙

光是宇宙速度的天花板,是人类无法接近的存在,因为越靠近光速,物质的质量就会增加。在爱因斯坦之前,物理学认为物体的质量是亘古不变的,它是一个常理。

但是爱因斯坦的狭义相对论却指出,当物体的速度越快,它的质量就会越大,质量是会变化的。我们在地球上的速度,在宇宙中就是“乌龟”级别的存在,因此无论怎样提高,质量的变化很小,可以忽略不计

如果速度达到光速,那物体的质量会是原来的几何倍,根本无法想象。如果是人以这样的速度前行,人恐怕会承受不住自己的质量,先一步死亡。事实上,不要说完全达到光速,只需要到达光速的86.8%,物体的质量就会超越人类的一切承受范围。

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不管是人本身还是探测器,都无法突破这个限制。也就是说,想要超光速,首先得考虑如何突破光速的86.8%,这才是我们真正的阻碍

除了这个阻碍,人类还有一个问题要克服,宇宙中的存在着大量的粒子,当飞行器高速飞行,这些粒子就会与之发生摩擦,我们的飞行器如何保证安全

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宇宙粒子

更重要的是,就算人类突破了阻碍达到了光速,根据爱因斯坦相对论,超过光速时空就会开始出现分离,我们可以看到过去的事情,这个时候,飞行器与我们已经不在同一个时空了。我们如何接受它传回来的信号?

“无尽”的宇宙

除了速度无法跨越天花板级别的阻碍,我们的宇宙还在不断膨胀。宇宙的历史大约146亿年,但是宇宙的直径却有960亿光年,由此可以算出宇宙的平均膨胀速度。

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宇宙的膨胀

科学家们推测,宇宙的膨胀并不是规律的,有时会快有时会慢,驱动膨胀的能量是我们目前不知道的暗物质。因此,我们所说的天体之间的距离,永远不是真实的距离,因为这个距离每时每刻都在改变,且越离越远

人类想要前往其他星球,可这个星球正在远离我们。就连我们和太阳的距离,都在一点点地变远。最悲催的场景莫过于,我们开足马力朝着另一个“地球”前进,而它与我们,正在逐渐远离。就像一颗膨胀皮球上的两只蚂蚁,永远都看不见彼此。

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地球与太阳的距离

新的方式

既然光度如此难以突破,我们还有什么其他办法星际航行呢?人类想要实现这个目标,必须克服时间空间的阻碍

首先是时间,即便是光速,在面对开普勒22b等“超级地球”时,也要耗费600多年时间,一个人的寿命无法等到那一天,只能在移民过程中一代代传承等待,这样的星际移民已经没有任何意义

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时间流逝

空间上,则要避免在过程中遇到黑洞。宇宙比人类想象的拥挤,密密麻麻布满了各种天体黑洞是引力最大的天体光速的物质也无法逃脱它

有一项技术可以避免时间过长和空间上遭遇黑洞,那就是虫洞技术。虫洞是连接一个时空与另一个时空的隧道。利用虫洞技术,无需将速度提到光速便可以在其中穿梭。这个穿梭不仅包括了空间上的连接,还有时间上的不同,我们甚至可以通过虫洞与过去的人对话。

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虫洞隧道想象图

还有一种技术可以直接跨过光速的阻碍,那就是空间折叠。有一个问题,一只蚂蚁如何用一天的时间从北京到纽约。除了舍命搭乘飞机,还可以从地图上的北京走到地图上的纽约。空间折叠就如同这个蚂蚁走地图一样,将两点之间折叠,缩短这其中的距离。即便是一只蚂蚁,也可以从地球前往想去的星球。


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