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?

来源:hao123百家号     时间:2022-03-21 08:59:53

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?

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举例来看,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。

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!

光年是宇宙的距离单位,用最快的物质光为载体,串联起天体与天体。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,得到了宇宙的直径为大约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。

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。

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。

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,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。

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。

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?

更重要的是,就算人类突破了阻碍达到了光速,根据爱因斯坦的相对论,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。

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,都在一点点的变远。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。

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,必须克服时间与空间的阻碍。

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多年的时间,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。

而空间上,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。

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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