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恒星际旅行不是梦:以1g加速度连续加速1年后 速度就会接近光速

时间:2022-03-02 02:21:36

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恒星际旅行不是梦:以1g加速度连续加速1年后 速度就会接近光速

对未知世界的向往和探索是人类的天性,宇宙深处对人类的吸引力更是巨大。早在上世纪六七十年代,美国和英国就分别各自开展了“猎户座计划”和“代达罗斯计划”,目的就是恒星际旅行,但这两个计划后来都由于种种原因半途夭折了。两者一是利用氢弹的爆炸作为动力,一是利用核聚变反应作为动力。“代达罗斯计划”预想飞船的速度将能够达到光速的10%,在这个速度下狭义相对论的时间膨胀效应还不明显,到达半人马座比邻星将需要约43年,如果考虑宇航员一去不回,这个时间跨度还是有现实意义的。

那么人类有没有可能达到更快的速度、甚至以接近光速的速度进行星际旅行呢?天文学家卡尔·萨根就曾设想了一种飞船,下面就来说一说。我们知道,地球的引力在吸引着我们,当我们从高空下落时就会明显体验到一种加速,下落的速度会越来越快,每平方秒我们下落的速度都会增加大约10米。这个加速度标志着地球的引力,把我们束缚在地球的表面上,称为1g,g地表地球引力。人类对1g大小的加速度感到很舒适,因为我们就是在1g的环境下生活成长的。

猎户座飞船艺术图

让我们花一点时间思考有这样一艘特殊的飞船,它是一艘加速度为1g的星际飞船,人类可以完美地适应这个环境,因为对于我们来说,地球引力和我们在一艘加速飞行的、加速度为1g的飞船中感受到的力,二者之间是等效的,这也是广义相对论中的内容。当这艘飞船在以1g的加速度连续加速一年后,这艘飞船在太空中的飞行速度将会接近光速【(0.01km/秒)*(3*10^7秒=3*10^5km/秒)】。

有加速的过程也就需要有减速的过程,假设这艘星际飞船以1g的加速度持续加速,速度越来越接近光速,当到达设定好的旅途的中间点时,飞船再以1g的加速度减速,直到到达旅途的目的地。在整段旅途中的大多数时间,飞船的速度都很接近光速,在这种情况下,狭义相对论效应就会起明显作用,飞船上的时间流逝就会显著的变慢。

代达罗斯飞船艺术图

那么,假如这艘星际飞船的旅行目的地是“巴纳德星”,距离约为6光年,按照飞船内部携带的时钟计时,全程大约只需要8年的时间就可以到达这个恒星系统。到达银河系的中心则需要时间,到达仙女座星系M31则需要28年时间。当然,这个时间概念仅限于在相对论效应起作用的飞船上,留在地球上的人们所经历的时间则会完全不同。相对于飞船上的,地球上经历的时间跨度大约是30000年。

理论上来说,以这样一种无限接近光速的速度旅行,甚至能够让我们在56年的飞行时间里环游整个已知宇宙,飞船会在几百亿年后返回。到那个时候,应该不会有地球上的旧日老友来迎接,事实上,那时的太阳已经死亡了,而我们的地球也早就灰飞烟灭了。对于当今地球上的人类来说,这种接近光速的飞行似乎还遥不可及,但对于宇宙中的其他先进文明来说,相对论飞行可以让整个宇宙都触手可及,但仅是对那些在旅途上的生命个体而言。唯一的问题是,似乎没有任何办法能够让飞船收集到的信息以超光速传回留守在家园的人们手中。

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