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為什麼宇宙在以超光速膨脹

生活 更新时间:2024-07-21 23:18:29

在對宇宙近百年的研究觀察中,那一張張炫麗的照片、一組組驚人的數據、一次次失敗的嘗試,無不訴說着宇宙的波瀾壯闊以及神秘莫測。

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然而在這波瀾壯闊的宇宙後面,其實隐藏着一個難以忽視的屬性——距離。宇宙中龐大到讓人絕望的距離尺度,就好像一條堅不可摧的鍊子,死死地鎖住人類的活動範圍,而這對于人類文明來說是緻命的。

因為人類活動範圍内的資源并非沒有上限,一旦這些供人類發展生活的資源耗盡,那麼迎接人類的将隻有滅亡。

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這殘酷的現實當然也引起了科學家的注意,而能打破這一局面的“超光速”也自然成為某段時期熱門的研究課題。不過随着愛因斯坦提出相對論,證明光速不可超越之後,這種熱情才慢慢褪去。

但是這個結論顯然并不是所有人都能夠理解,一個疑問還在人們心中盤桓,那就是宇宙是真空的,為什麼飛船不僅不能在真空中無限加速,甚至連20%光速都無法達到呢?其實這背後的答案讓人害怕。

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不過在回答宇宙中為何不能無限加速之前,我們先來看後面一個問題:如果飛行器達到了20%光速這代表着什麼。

地球距離火星大約0.55~4億千米,如果飛行器的速度達到了光速的20%,那麼0.55~4億千米的距離半小時不到就能夠走完,也就是說一頓飯的功夫就能從地球飛到火星。

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目前人類最快的飛行器是太陽探測器“帕克”,它的速度約為68.6km/s,在某些特定的時候、特定的位置,帕克的速度甚至能夠達到驚人的192km/s。

然而,即便帕克的最快速度是192km/s,這跟20%光速比起來還是有巨大的差距,因為20%光速是192km/s的三百多倍。

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更主要的是,采用常規推進飛船的速度最快也隻能達到4500km/s,也就是光速的1.5%,一旦飛船達到20%光速,就意味着遠遠超過了這個上限,甚至比用核聚變推進的飛船速度還要快2倍多。

而在可預見的範圍内,人類根本無法掌握比核聚變推進更快的動力方式,也就是說20%光速的飛船人類根本就造不出來。

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那麼如果未來掌握了比核聚變更強勁的動力,比如說當下正熱的正反物質湮滅、暗物質等等,是不是就意味着飛船能夠達到20%光速呢?答案當然也是否定的。

為了攜帶更多的燃料,現代火箭在設計上一般都是盡可能地減少自身質量。但是因為能源等級的限制,即便已經最大化減少自身質量,想要達到20%光速需要的飛船質量也是驚人的。

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簡單來說,想要攜帶更多燃料就需要非常輕的箭體,而想要更快的速度則需要箭體質量變大,所以就現在來看這幾乎是一個死循環。

說完了速度我們再來看看基本的限制條件:真空。可能許多人不知道,宇宙雖然是真空的,但是卻并不是絕對的真空。甚至從某種角度來看,完全可以說宇宙不是真空的。

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因為在這所謂的“真空”中,每時每刻都在發生着人類看不到的變化,比如說真空漲落、正反粒子湮滅等事情。

正是因為真空中“熱鬧非凡”,充滿了各種各樣的物質以及物質變化,所以當飛船高速運動的時候,必然會跟這些物質産生巨大的摩擦碰撞,此時一個小小的原子能可能對船體造成無法想象的破壞。

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如果忽略阻止飛船無限加速的各種力,飛船的速度真的到達了光速,那麼将會發生極為可怕的事情——包括飛船在内的所有東西全部會光子化。即成為時間為零、質量為零的光子,而這個過程不可逆。

既然達到光速如此的恐怖,那麼電影中的光速甚至超光速飛行又是怎麼做到的呢?難道全是不可能實現的幻想?

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答案當然是否定的,因為大多數影視作品中出現的光速甚至超光速飛行,與上文中讨論的光速飛行一點也不一樣。

影視劇中的飛船幾乎都有扭曲空間的裝置,所以它們飛行原理幾乎都是通過扭曲飛船前面的空間,膨脹身後的空間來達到光速,這種方法被科學家們稱為“曲速泡”。

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采用這種方法飛船确實能夠達到或者超越光速,但是這不是飛船自身達到了光速,而是飛船所處的空間達到了光速,這和相對論并不沖突和矛盾,因為空間在任何形态下都不具備任何質量。

總而言之,飛船在宇宙中是不可能無限加速下去的,但這也正是讓人害怕的地方,因為這意味着人類或許永遠都會被一條無形的鍊子,牢牢的鎖在有限的空間中,最終慢慢走向消亡。

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