正相反,這使星際空間旅行成為可能,或者至少在人類一生中可以實(shí)現(xiàn)。
理由是加速度。人類是相當(dāng)弱小的生物,我們不能忍受太強(qiáng)的加速度。強(qiáng)加大于1g(一個重力加速度)的加速度在一個人身上持續(xù)較長時間,他就會遇到各種健康問題。(強(qiáng)加大于10g的加速度,這些健康問題就會包括立即失去意識和迅速死亡。)
為了到任意某個地方旅行,我們需要加速到你的旅行速度,然后在另一端再減速。如果我們限制到1.5g加速度持續(xù)一段時間,那么這將帶給我們一些問題——每個人在我們到達(dá)前就會死亡。最好是派機(jī)器人,或者至少是比我們這些脆弱的有機(jī)的水袋子(比喻人類)健壯的東西。
但是相對論幫助了我們許多,只要我們接近光速,飛船上的時間就會膨脹,相比起在牛頓宇宙中花的時間,我們就能以更少的時間到達(dá)目的地。(或者我們從宇宙飛船上某人的角度來看:當(dāng)他們加速到接近光速時,他們會看到距離縮小-效果是一樣的,他們將功更快到達(dá)那里。)
這里是我整理的基于我們不能以超過1.5g加速的假設(shè)的圖表。在上半段路程中我們加速到那個加速度,在下半段路程中以同樣的加速度減速,恰好停在我們感興趣的那個物體旁邊。
你可以看到,要達(dá)到超過50光年外的物體,我們從相對論中獲取了巨大優(yōu)勢;超過1000光年時,多虧了相對論效應(yīng)我們才能在人類的一生中到達(dá)那里。
的確,如果我們繼續(xù)下去,通過利用相對論效應(yīng),我們可以在人類一生中穿越整個可見宇宙(大約470億光年)。
所以,通過運(yùn)用相對論,我們似乎可以去到任何我們想去的地方!
好吧,不完全能。有兩個問題:
第一,此效應(yīng)只對旅行者們有用,他們在地球上的親人將在沒有他們的陪伴中生活、死亡。并且一旦他們返回,他們會發(fā)現(xiàn)地球上已經(jīng)流逝了數(shù)千年。對于返程中地球時間的粗略計(jì)算規(guī)則是表中光年數(shù)的兩倍加0.25。所以,即使我們確實(shí)派出了探險者,在地球上的我們將永遠(yuǎn)不會知道他們發(fā)現(xiàn)了什么,但是對于一些探索者來說,這或許是好的:“去參宿四旅行吧!只需18年的往返旅程,你就可以獲得星際冒險和一份獎勵:穿越到1300年的地球未來!
第二,是更直接,更現(xiàn)實(shí)的問題。把一個物體加速到我們這里用的相對論速度需要的燃料的量,是個天文數(shù)字。拿蟹狀星云旅行來舉例子,我們需要提供大約每千克飛船 7×1020 J動能來達(dá)到我們使用的最高速度。
這確實(shí)很多,但還是可獲得的,太陽的輸出功率為3×1026 W,所以,理論上你只需要幾秒的太陽輸出(加上一個戴森球)就可以收集到足夠的能量,使一艘大小合理的飛船達(dá)到這個速度。這也假設(shè)你可以把能量轉(zhuǎn)移到飛船上而不用增加其質(zhì)量。(比如,通過激光固定在一個大型行星或恒星上;如果我們的飛船需要攜帶它的化學(xué)或物質(zhì)/反物質(zhì)燃料并加速它,那么你就會遇到“火箭方程的反對”,需要更多的能量。)
但我只是將所有這些都輕描淡寫地當(dāng)作一個工程問題來處理(盡管這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們目前可以想象到的技術(shù)所能解決的范圍)。與直覺相反,但卻是事實(shí)——假設(shè)我們能使我們的宇宙飛船達(dá)到這些速度,我們就能看到相對論是如何幫助星際旅行的。
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. 趙丁丁- quora
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