光速飛行會看到什麼?人類能達到的最高速度是多少?我們能達到光速嗎?

2021-02-15 宇宙探索

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到達光速會看到什麼?這個問題是愛因斯坦小時候經常的考慮的一個問題,也是我們現在很多人會想到的問題,難道會看到光靜止不動?

我們不僅看不到這種奇怪的場景,而且本身來說,有質量的物體也無法達到光速,因為根據狹義相對論的說法, 有質量的物體速度越高,它所包含的能量越大,越接近光速,它所包含的能量會接近無窮大;


由於質量和能量等效,因此我們也會認為物體的質量會無窮大,所以我們不可能在一個能量有限的宇宙中將一個質量無限大的物體加速到光速。

雖然我們無法達到光速,但是並不妨礙我們想像達到光速的時候,我們會看到什麼?發表在《物理專題雜誌》上的一篇論文就對達到光速以後看到的場景做了描述:


一個人達到光速它向前會看到所有的空間都匯聚在一個點上,且這個點是白色模糊狀的。

原因是當你達到光速的時候,空間會發生嚴重的尺縮效應,任何遙遠的距離在你看來都會匯聚在一個點上;

所有可見的不管是自身發光的、還是反光的物體,因為你正在已光速靠近它們,在你的眼裡它們發出的光線都會藍移,波長變短,甚至移動到X射線波段,這個波段的光你是看不見的。


而且還具有很強的輻射,如果你能夠抵抗這個輻射不死,那麼你就會看到充滿全天空地處在微波波段的宇宙背景輻射,藍移到可見光的波段,由於宇宙微波背景輻射是黑體輻射,所以你會看到聚集在一個點的白光。

如果這時你回頭看,你將什麼也看不到,因為紅移會將所有後面所有的光線移動到微波、或者無線電波段。這些波段的光你是看不到的。


而且達到光速的你時間也會停止,你從一點到另外一點的旅行在你看來不會花費任何時間,例如你達到4.2光年外的比鄰星,在你看來是瞬間就達到了,但是在地球人看來你花費了4.2年的時間。

你這時體驗到的時間就是光子所體驗到的,例如在我們看到太陽光達到地球花了8分鐘,但是光子認為它沒有花時間,從它出生到被地球吸收是瞬間的事;


哪怕是138億年前宇宙大爆炸所產生的光子,在我們看來這些光子已經138億歲了,但是對於光子來說,大爆炸就發生在剛才一瞬間。

因為它們沒有時間,無法體驗到時間流逝。你達到光速以後也一樣。

人類現在太空飛行器的速度是什麼水平?


人類現在的速度已經取得了非常大的進展,但是相對於光速來說還不值一提。目前人類所能創造最高速度的裝置就是火箭。

利用化學能給質量物體提供加速度對抗地球重力,也是現在人類唯一離開地球的方法。我們已經利用火箭給月球、火星、甚至是太陽系外發送了探測器。


1969年,在土星5號火箭的推動下阿波羅10號宇宙飛船創造了載人略低於每小時40000公裡的速度記錄。

土星火箭創造了無人最高每小時58000公裡的速度記錄。1977年發射的旅行者1號,在經過木星和土星引力的加速下,探測器速度達到了每小時62000公裡。

也就是1秒飛17公裡,聽起來很厲害,但是這連光速每秒30萬公裡的萬分之一都不到。


1976年發射的太陽神2號探測器,在繞著太陽運行的過程中,經歷了一次又一次的加速,最終速度達到了每小時252000公裡,這是人造物體創造的最高速度。

未來這個記錄可能會被2018年發射的帕克太陽探測器所打破,因為帕克探測器未來會緩慢地靠近太陽,其軌道高度將是太陽神2號的1/7,因此帕克太陽探測器的速度會達到每小時725000公裡。

但是這個速度也達不到光速的千分之一,大約是光速的0.07%。


就算是人類以帕克探測器這個驚人的速度在空間旅行,它想要到比鄰星需要至少6千年的時間,這對人類來說太長了。

6000年足以讓地球上的一切滄海桑田。

那麼人類如何提高旅行速度呢?人類的希望在哪裡?

要想提高速度我們必須改進推進方式,化學能肯定不行了。它體積太大,太重,我們無法攜帶大量燃料,來給探測器不斷地提供推力。

所以解決的辦法有:


離子推進器,這是一項非常有希望實現的技術。而且現在已經有探測器在用,而且我國的離子推進器現在也處在國際領先水平。

探測穀神星和灶神星的黎明號探測器上就搭載了離子推進器,粒子推進器的原理是,利用電子轟擊中性原子,使得原子中的電子脫離軌道,形成帶正電的離子。


然後利用磁場將這些離子推出去,形成一個非常微小的推力。雖然力量不到,但是離子推進器的優點在於攜帶的燃料非常小,且能持續長時間(幾年)給探測器提供推力;

探測器不斷地加速就可以達到非常高的速度,如一小時32萬公裡,再加上太陽系的引力彈弓效應,可以讓探測器達到每小時100萬公裡。

核動力飛船,首先我們要掌握可控核聚變,在飛船上利用的聚變技術概念是,才有可控核聚變中的慣性約束聚變。


用雷射壓縮燃料,點燃核聚變,產生的等離子體密度要比離子推進器的密度高數百萬倍,經過磁場加速噴射出去來給飛船提供動力,這樣的飛船速度預計能達到每小時2300萬公裡,也就是2.3%的光速,去往比鄰星的時間為128年。

這個時間相對來說,還比較容易接受。但是速度還是太低了,不僅我們去往的是離我們最近的比鄰星,光銀河系來說直徑就有10萬光年。


就算我們為了掌握了核聚變同樣也沒辦法實現星際旅行。而且我們也能感覺到,要想實現星際旅行,簡單地推動有質量物體是無法實現的,畢竟就算你達到了光速,想要橫跨銀河系也得10萬年,這個時間對人類來說也無法接受。

所以我們需要開發超光速旅行的方法,例如曲率引擎,以及量子隱形傳輸。


曲率引擎是直接控制空間,使得飛船後部的空間膨脹使飛船發生位移,但是飛船本身並沒有在空間中移動,是空間膨脹造成的位移,所以曲率飛船的速度可以遠遠超過光速。

量子隱形傳輸是直接將人類的量子信息瞬間傳遞到任何一個位置,不受距離限制,在另外一個地方複製一個你出來,這就跟閃現一樣。

不過這兩種方式都是科幻題材,能不能實現,啥時候實現都是未知數。

就目前的科技來說,人類想要實現星際旅行是沒有任何辦法的。

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