光速旅行的幾種方案，其中之一是近光速唯一理論方案

2020-10-15 科學新世界

對於浩瀚的宇宙，人類實在是太渺小了，也沒有足夠的認知去了解宇宙，自愛因斯坦提出質能方程以來，我們知道，人類所能達到的最大速度為光速，但是這在人類的理論中似乎不可以實現，那麼近光速旅行可以嗎？目前容易想到的就以下幾種：

核聚變動力飛船

也就是利用微型原子彈爆炸的裝置產生的能量作為動力，這艘飛船在設想中很大，總重量超過五萬噸，火箭高達230米，70層樓高，最寬直徑達130米，比兩個足球場還大，就連美國曾今製造的「土星五號」都在它面前不值一提。而火箭需要攜帶3萬噸氦和2萬噸氘作為核聚變燃料，但這遠遠不夠，僅僅只能飛往6光年之外的巴納德星。核聚變最多能把7/1000的質量轉化為能量，飛船最終可以達到的極限速度是每秒3.7萬公裡，用這個人速度飛往近鄰巴納德星需要五十多年時間。

反物質動力飛船

反物質和物質相遇會湮滅，質量全部轉化為能量，其效率是燃燒石油的上百億倍，是核聚變反應的一百多倍，湮滅產生的能量中只有60％可以用作飛船的動力，這將是效率最高的飛船，只需幾克反物質燃料即可把一個不太大的探測器在40年內送到南門二。困難在於取得反物質材料，因為並沒有天然存在的反物質可供開採，只能把湮滅過程反過來，使用粒子加速器製造反物質，這過程需要消耗極大量的能量。

現在全世界每年製造出來的反物質僅有1/100億克，還不夠加熱一杯咖啡，全世界大型粒子對撞機開動1000年才能製造出1微克反物質。而據測算，一艘重量為100噸的宇宙飛船，速度要想達到光速的40％，需攜帶的反物質相當於80艘超級油輪的裝載量。而且，反物質只要和物質相遇就要湮滅，如何保存大量反物質也是極難克服的困難。

雷射帆飛船

利用雷射束推動太空帆也是設想的方案之一。它需要在太空或者月球上建立一個太陽能雷射陣列，通過一個直徑達上千公裡的透鏡，把雷射束聚焦到一片遠程太空帆上，太空帆的直徑達上百公裡，宇宙飛船就附著在這個太空帆上。如果用這種方式飛向南門二，雷射陣列需要產生的雷射束功率高達7.2萬億瓦（大約是2014年中國全國平均用電功率的10倍）。

在旅程的前一半，雷射的光壓推動太空帆和宇宙飛船向前加速，持續不斷地加速40年，飛船的速度可以達到光速的1/5—每秒6萬公裡。旅程的後一半飛船開始減速，減速的辦法是，將位於雷射帆中央的宇宙飛船與帆脫離，並甩向帆的後方，把雷射帆變成一個反射鏡，它把雷射束反向聚焦在飛船上，這時候雷射束變成了阻力，飛船就慢慢減速，同時它與帆越來越遠，到達目標星時飛船的速度可以降低到環繞飛行。

以上幾個方案難度極大，而且只能把飛船加速到光速的1/5,與光速飛行相去甚遠。把飛船提高到極其接近光速還面臨另外一個巨大障礙：物體越接近光速，它的質量會變得越大；如果飛船的時間流逝變慢到萬分之一，質量也將增加到1萬倍。將飛船加速到極其接近光速，以實現時間的大幅度變慢，需要的能量如此之大，以至於用人類的手段根本不可能實現

黑洞

理論上達到近光速的唯一可能方案，這個方案需要藉助引力彈弓來為飛船加速，不過能夠將飛船加速到近光速，絕不是普通恆星所能勝任，他需要一對特殊的黑洞：第一，它們的環繞軌道必須是橢圓，第二，黑洞必須足夠大。

假如有這樣一對黑洞，人類可以駕駛飛船接近雙黑中的一個，比如B黑洞，環繞其旋轉，時機合適時藉助B黑洞的引力彈弓效應彈向A黑洞，這樣飛船的速度就提升了一次。然後在適當的時機，飛船跳回黑洞B，再重複上述過程。飛船在兩個黑洞之間躍來躍去，飛船就能加速得越來越快。

只要雙黑洞的軌道足夠橢圓，飛船速度就可以無限接近光速；只要黑洞足夠大，無限接近光速的飛船依然可以圍繞黑洞運行，進而把這一過程繼續下去，只是飛船環繞黑洞時需要無限接近黑洞視界。 這樣，飛船隻需要少量燃料去控制在每個黑洞上方的飛行，就可以不斷提升速度。一旦達到了理想的近光速，就可以發動火箭離開黑洞，飛向宇宙深處的目標星系。

方案無疑是可能的，但是這樣的雙黑洞存在嗎？可能性基本為零，而且，就算有，又怎麼飛過去，即使飛過去，它又怎麼減速呢？等等這樣的問題很多，難道人類只能被囚禁在太陽系了嗎？

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