宇宙明明是真空,飛船為何不能無限加速背後隱藏絕望答案
從伽利略發明天文望遠鏡開始,人類對宇宙的研究和觀察就進入了新的時代。那一張張壯麗的照片、一組組誇張的數據,都在向人類展示着宇宙的神秘莫測。
而這神秘莫測後面,其實還隱藏着一個讓人類無法忽視的東西——距離。在當前科技水平之下,宇宙中誇張到讓人恐懼的距離尺度,彷彿一道無法摧毀的鎖鏈,將人類牢牢的鎖在一定的範圍內動彈不得,這對於一個文明來説是極為致命的。
因為有限的活動範圍就意味着有限的資源,這些資源一旦徹底耗盡,復活節島上土著的今天,或許就是整個人類文明的未來。
顯然,科學家們也看到了這一點,所以打破“牢籠”和“鎖鏈”的關鍵——超光速,自然也就成為了物理學早期的熱門課題。但隨着相對論的提出,證明三維世界中光速最快之後,超光速的熱度才漸漸褪去。
可這個殘忍的結論並非得到所有人的理解,仍然有一個疑問在許多人的心中生根發芽:宇宙明明是真空的,飛船為什麼不能在其中無限制的加速,最終達到光速呢?即便無法達到光速,為什麼連20?光速都無法達到?
在回答這個問題之前,我們先將目光放到後一個問題上:如果人類飛行器的速度達到了光速的20?味着什麼。
我們都知道,火星是僅次於金星距離地球最近的行星,它到地球的距離大約在0.55~4億公里之間。一旦人類製造出了20?速的飛船,從地球到火星大約只需要半小時不到的時間。
不到半小時是什麼概念?要知道好奇號火星車是2011年11月26日23時2分發射的,而它着陸火星是2012年8月6日13時30分,中間歷時8個多月的時間。
目前,人類製造出來的最快飛行器是“太陽探測器”,其平均速度達到了驚人的68.6km/s,而在某些情況下,它的速度甚至能夠達到誇張的192km/s。
不過,就算帕克一直保持着192km/s的速度,它和20?速比起來還是有着難以想象的差距,因為20?速是其300多倍。
另一方面,目前採用常規推進動力的飛船,理論速度只有1.5?速,一旦超出這個速度,巨大的力量能夠瞬間將飛船撕裂。
更主要的是,如果飛船達到了20?速,就意味着比採用核聚變推動的飛行器要快出接近一倍(核聚變飛船目前理論值為12?速)。
而在可預見和可實現的未來,比核聚變更為強大的動力,人類根本就沒有辦法完完全全掌握,這也就意味着20?速的飛船隻能存在於想象之中,人類根本將它無法制造出來。
可能有些朋友會想,在可預見的未來之外,如果人類掌握了比核聚變動力更強勁的動力,比如暗能量和暗物質,是不是就意味着能夠到達20?速了呢?就目前來看其實還是不行。
因為為了攜帶更多的燃料、保持更大的續航,科學家們在設計火箭時都會盡可能地減少箭體本身的質量,但受限於能源等級,就算最大程度減少了箭體的質量,所需要的燃料數量和總質量也是難以預估的。
如果説得通俗一些,攜帶更多燃料就意味着更輕的箭體,而更快的速度則需要更重的箭體,這其實是當下技術無法解決的死循環。
事實上,除了能源等級和飛船材料之外,宇宙的環境也是限制飛船高速飛行的關鍵。提到宇宙可能許多會想到真空,但宇宙的真空可一點也不“空”。
在宇宙的真空中,幾乎每時每刻都有着肉眼不可見的變化,例如正反粒子湮滅、真空漲落等等,同時還有各種大大小小的粒子飄蕩其中。
就是由於宇宙真空一點不空,所以當飛船在其中飛行的時候,一定會跟其中的物質產生碰撞或摩擦。低速的時候這種碰撞和摩擦可能沒有什麼,可一旦來到了20?速這種超高速,一粒平時落到身上都沒有感覺甚至肉眼都無法直接看到的粉塵,都可能會讓飛船瞬間解體。
若我們拋去宇宙中各種阻礙飛船飛行的物質和力,飛船真的在其中達到了光速,那麼或許將會發生一件極為恐怖的事情——光子化。
根據部分科學家的研究,三維世界中所有有靜止質量的物質都不可能達到光速,而一旦真的達到了光速,那麼就會變成沒有質量的光子,這個轉化過程是無法逆轉的。
問題來了,光速飛行這麼可怕,科幻電影中的光速和超光速飛行是怎麼做到的呢?難度僅僅是存在於科幻電影中的想象?
其實並不是這樣,因為科幻作品中出現的超光速飛行,和文中表述的超光速飛行有着本質上的區別。
電影中超光速大多使用了“曲率飛行”或“曲速泡”。愛因斯坦在相對論中提出,宇宙空間並不是想象中的平坦,而是存在着曲率。
如果將宇宙想象成一張巨大的膜,那麼膜其實是弧形的,甚至膜可能就是一個類似肥皂泡的封閉空間。這就導致可能局部看起來是平直的,但其實曲率無處不在。
所以有科學家提出,在宇宙中飛行的飛船,如果能夠將其身後空間的曲率“熨平”,前方曲率大的空間就會自然地將飛船拖拽過去,從而實現超光速運動。
這種方法和相對論並不衝突,因為它改變的是飛船所處的空間,不是讓飛船本身直接超越光速,而空間本身並不在相對論的限制範圍內。
總的來説,即便人類掌握了更高級的動力方式,也無法讓飛船宇宙中無限加速,而這也正是讓人感到擔憂和害怕之處,因為這意味着人類只能在一定的範圍內活動,消亡將會是人類最終的結局。