真空宇宙中的光——無法突破的速度

2023.04.08 云南

宇宙是真空的，為什么太空飛船不能無限加速，甚至連光速的20%都無法達到。

在近一個世紀對宇宙的觀察和研究中，一系列的數(shù)據(jù)、照片以及反復實驗向人類展示了宇宙的廣闊無垠。然而在這個浩瀚孤寂的宇宙背后，有一個對人類來說及其致命的屬性——距離，宇宙巨大的距離像是一個牢籠，將人類困在一個有限的空間里。

這個情況對于全人類來說是一個災難，因為一旦地球甚至太陽系的資源被人類用盡，那么人類就只有“毀滅”或“文明倒退”兩條道路了?？茖W家們顯然已經(jīng)注意到了這個可怕的問題，所以他們自19世紀就已經(jīng)開始研究光速的問題。畢竟光速是非?？斓?，如果人類想要沖出牢籠，它是一個非常關鍵的因素。遺憾的是經(jīng)過長時間的研究，愛因斯坦提出了相對論，它明確的指出了物體達到光速的不可能性和可行性。

然而，就算愛因斯坦在相對論鐘解釋了物體無法到達光速的原因，但是許多人心中仍然有一個疑問：既然宇宙是真空的，為什么不能讓太空飛船在這個沒有空氣摩擦的環(huán)境下無限加速呢？甚至連光速的20%都無法達到。

在回答這個問題之前，讓我們先看看如果人類的航空設備達到光速的20%會發(fā)生什么。我們都知道火星距離地球大約是0.55到400億公里。一旦人類航空設備達到光速的20%，這就意味著人類從地球到達火星只需要不到半個小時的時間。目前，人類制造的最快的航空設備是帕克太陽探測器，他的平均速度一般為38.6km/s，最快能達到192km/s，所以一個航空設備能達到光速的20%意味著他的素的將是帕克太陽探測器的300倍。

同時一旦航空設備達到光速的20%，意味著它遠遠超過了“常規(guī)推進模式”航空設備的速度上限，因為，根據(jù)科學家計算，傳統(tǒng)推進航空設備的最大速度為光速的1.5%，即4500km/s。更重要的是，如果速度達到光速的20%，意味著它的速度是使用核聚變作為能源的航空設備的兩倍。在可預見的未來，核聚變將會成為人類最強大的動力能源。

看到這里的朋友可能會問：如果在未來，我們找到了顛覆性的動力方法，例如暗物質(zhì)和反物質(zhì)湮滅來代替核聚變，使用這些動力方法的航空設備能否達到20％的光速？答案仍然是否定的。

現(xiàn)代火箭通常被設計最大程度減少質(zhì)量，旨在攜帶更多的飛行燃料。比如SpaceX公司的獵鷹9號火箭便宜的原因就是將其燃料與發(fā)射質(zhì)量之比為驚人的96.6%。然而，由于能級的限制，即使火箭設計為多級中繼加速模式，航空設備達到20%光速的質(zhì)量也是以指數(shù)級增長。簡而言之，如果你想讓火箭能攜帶更多的燃料，你需要的一個更輕巧的機身，如果你想要一個更快的火箭，你需要一個更重的機身。就目前而言，這是一個幾乎不確定的無限循環(huán)。最后，讓我們注意一下飛機上最大的空間限制：真空。事實上，宇宙可能會讓很多人感到驚訝，因為它不是一個絕對意義上的真空，甚至根本不是真空。在這個“真空”中，存在真空漲落，正負粒子的湮滅，甚至本底輻射，這是無法通過肉眼直接觀察到的?？梢哉f“真空”不僅是空虛而孤寂的，而且還是生活而特別的。

因此，真空不是空的，它充滿了許多肉眼不可見的物質(zhì)，所以當航空設備加速至光速的20%時，它將同許多物質(zhì)進行劇烈的摩擦和碰撞。按照這個速度，只有在顯微鏡下才能看到氫原子對航空設備造成無法想象的損害。就像高速飛行的飛機同飛鳥相撞。如果航空設備達到光速，航空設備的材料和在其中的人將無法承受。根據(jù)科學家計算，當速度達到光速，航空設備以及內(nèi)部的所有物體將失去質(zhì)量，變成時間零點，處于零質(zhì)量光子的狀態(tài)，更令人恐懼的是，光子化是不可逆的。

有的朋友肯定會問：既然光速如此可怕，為什么電影中有許多超光速的航空飛船？事實上，電影中大部分超光速的飛船并不是它本身直接超過光速，而是通過飛船中的一個扭曲空間的設備。通過壓縮飛船前面的空間并擴大它后面的空間，可以實現(xiàn)超輕速效果。曲率泡沫。在這種情況下，飛船確實達到了光速的效果，但這不是飛船本身已達到光速，而是通過改變空間結(jié)構(gòu)，允許空間擴展和收縮來縮短飛行距離。簡而言之，空間本身的運動速度快于光速，而飛船本身的運動速度卻不快于光速。值得一提的時，空間本身的超光速并不違反相對論，因為空間時沒有任何形式的質(zhì)量，也不在相對論的約束和討論之內(nèi)。