一艘無限加速的飛船,跨越145億光年僅需多久?答案是:45年

2021-01-15 騰訊網

從遠古時期開始,人類就對宇宙有著強烈的探索欲望,但因為科技水平的落後,這種探索欲望只能深深地埋藏在內心身處,無法得到宣洩和抒發。

時光荏苒,數千年的時間轉瞬即逝,雖然人類文明每天都在發展和改變著,但不變的是對星空的嚮往和堅持。

在這種異樣感情的推動下,一篇篇抒發情感的詩詞躍然紙上,仿佛在訴說著那種夙願無法達成的苦悶。

到了現代,數千年的積累終於結出成熟的果實,先進的科技水平不僅讓人類的探索範圍極大地拓寬,還將人類從小小的地球帶入了浩瀚的宇宙空間,遠古時期的夢想終於得以實現。

目前,人類常用的航天飛行運載工具是火箭,而每當看到火箭載著探測器或太空人奔赴無垠宇宙時,很多人心中都會出現一個疑惑:如果燃料無限多,理論上太空飛行器是可以無限加速的,那麼在加速的過程中會有什麼樣的奇妙經歷呢?

現在,假如我們將飛船的加速度設定為9.81米/平方秒,也就是和地球表面的重力加速度相同,那麼隨著飛船速度的不斷提高,它的速度最終將無限接近光速,狹義相對論中提到的時間膨脹效應也會非常明顯的作用在飛船上,如果有幸從地球的角度看這艘飛船就會發現,飛船周圍的時間迅速緩慢,周圍的空間極速縮小。

倘若我們的目的地是距離太陽1光年左右的奧爾特雲,那麼我們要考慮的不是需要多久才能到達,而是需要調轉引擎噴頭減速以免飛過了,畢竟它到地球的距離從天文學尺度上看實在太近了,乘坐這樣的飛船大約只需要1年左右的時間。

當我們穿過厚厚的奧爾特雲時,下一站將會是距離太陽系最近的恆星系統——半人馬座,那裡有著三顆恆星的蹤跡,持續加速的飛船到那裡只需要4年多的時間。

再比如我們要去往1000光年外的獵戶座星雲。可能剛看到1000光年這段極為遙遠的距離就已經讓你眼暈了,但你暈的或許有些早了,因為跨過這段漫長距離的時間並沒有你想像中的那麼長。

隨著飛船越來越接近光速,從窗戶中看到的景色會逐漸變得扭曲,飛船和目的地之間的距離也在不斷地被壓縮、拉進。

此時飛船上的乘客會覺得自己的時間仍然在正常的流逝,但如果有人此時從地球上觀察的話就會發現,飛船內部所有人的動作已經變得非常緩慢,眨個眼或咧嘴笑這種原先瞬間就能完成的動作,現在需要幾天的時間來完成。

當飛船成功抵達1000光年外的獵戶座星雲時,飛船內部計時裝置顯示的飛行時間應該是15年左右。

到達了獵戶座星雲,我們的下一個目的地將是銀河系中心繁茂的區域,那裡有數十億顆恆星正圍繞著一個超大型的黑洞旋轉,如果運氣夠好我們或許還能看到黑洞吞噬恆星的驚人景象。

由於銀河系中心距離太陽約2.5萬光年,如此遙遠的距離可能會讓你覺得有生之年根本無法到達,但別為此擔心,因為無限加速的飛船到那裡僅僅需要20多年的時間。

將要和銀河系發生「碰撞」的仙女座星系是本星系群中最大的星系,它的直徑幾乎是銀河系的2倍,距離地球約250萬光年。

如果飛船以1G的加速度飛行,即便是算上中途飛船減速的時間,到達那裡也僅僅需要30多年,根本不必擔心有生之年到不了那裡。

250萬光年的距離只需要30多年,那保持這個速度一直飛行下去最終會到哪裡呢?若我們將可觀測宇宙看作一個半徑為460億光年的球體,那麼我們以1G(9.81米/平方秒)的加速度飛行22.5年,然而再花22.5年的時間減速所能到達的最遠距離是——145億光年。

更直觀的說,倘若我們乘坐這樣的飛船在宇宙中飛行45年,那麼圖中紅色圈內的任意一個星系我們都能夠到達。

值得一提的是,即便是以無限接近光速在宇宙中飛行,你也永遠別想抵達宇宙「邊緣」,因為在足夠遠的地方,其空間膨脹的速度已經超越了光速,那部分空間是人類永遠無法探究的存在。

總的來說,亞光速飛行註定是一場無法回頭的單程旅行,從飛船啟動的那刻起,就意味著要和地球上所有熟悉的人和物永遠的訣別,因為可能飛船上才過去了幾年的時間,地球上卻已經過了幾萬甚至幾千萬年,這就是時間膨脹效應所蘊含的奇妙和傷感,同時也是科學的魅力所在。

當然了,亞光速飛行現在僅僅停留在理論和幻想中,離它真正成為現實還有著許多近乎讓人絕望的困難需要克服,比如飛船材料、內部維生系統以及最重要的燃料能源問題。

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