一个残酷的事实:就算驾驶光速飞船,也要一年才能飞出太阳系

Komentari · 6 Pogledi

首先,我们必须面对一个残酷的物理现实:根据爱因斯坦的狭义相对论,任何有质量的物体(无论是飞船还是你我)都无法达到光速,只能无限接近。 原因在于,物体的质量会随着其速度的增加而增加(相对论质量)。

  首先,我们必须面对一个残酷的物理现实:根据爱因斯坦的狭义相对论,任何有质量的物体(无论是飞船还是你我)都无法达到光速,只能无限接近。

  原因在于,物体的质量会随着其速度的增加而增加(相对论质量)。当速度趋近于光速时,其质量将趋向于无穷大。根据爱因J斯坦的质能方程,要将一个无穷大质量的物体继续加速,就需要无穷大的能量。这是全宇宙的能量总和也无法办到的。

  因此在物理学上,一个“光速飞船”是无法存在的,但为了这个思想实验,我们不妨“作弊”一下,假设人类建造了一艘能够以99.999%光速,甚至就是以“光速”本身航行的飞船。

  让我们启动这艘幻想中的飞船,从地球出发。

  • 1.3秒后,我们飞过了月球。
  • 8分20秒后,我们与太阳擦肩而过。
  • 43分钟后,我们穿过了木星的轨道。
  • 4.1小时后,我们飞越了海王星——太阳系最外侧的行星。

  在不到半天的时间里,我们就将太阳系八大行星远远甩在身后,此时从飞船舷窗回望,太阳已经缩成了一个微不足道的光点,我们是否已经成功“飞出”了太阳系?

  对于大多数人的认知而言,答案是肯定的,但对于宇宙的尺度而言,我们才刚刚离开“门口”。

  我们通常所说的“太阳系”,仅仅是指行星系统。然而,太阳系的真正边界,是其引力所能统治的疆域。这个疆域远超我们的想象。

  在飞越海王星后,我们的光速飞船将进入柯伊伯带,这是冥王星等无数冰冷天体的家园。飞船需要再花几个小时才能穿过这片区域。

  接下来,飞船将冲出日光层顶(Heliopause)。这是太阳风(从太阳喷射出的带电粒子流)所能到达的最远边界,可以被视为太阳“势力范围”的磁场边界。人类目前飞得最远的探测器“旅行者一号”,在花费了35年漫长飞行后,才于2012年抵达这里。而我们的光速飞船,大约只需要18个小时。

  但这仍然不是终点。

  太阳系的真正边界,被一个理论上存在、广袤到令人绝望的球壳所包裹,它被称为奥尔特云(Oort Cloud)

  这是一个由数万亿颗冰冷彗星核组成的巨大云团,它们松散地环绕着太阳。这里是太阳引力所能束缚的最远疆域,也是太阳系真正的“围墙”。这个“云团”的范围大到什么程度?它的内边缘距离太阳约2000至5000个天文单位(AU),而其外边缘,据估计最远可达10万,甚至20万AU。

  10万天文单位(AU)是多少?它相当于1.58光年

  所以,我们得到了那个令人震惊的最终答案:

  即使人类拥有了宇宙中最快的速度,我们的飞船也需要花费整整1.5年到2年的时间,才能真正意义上地飞出太阳系,摆脱太阳引力的束缚,进入广阔的星际空间。

  这个事实是反直觉且令人敬畏的。我们总以为太阳系是一个“小池塘”,银河系才是“大海”。但事实是,我们仅仅是飞出自家“院子”的围墙,就需要以宇宙的极限速度不间断地飞行两年之久。

  更有趣的是,如果这艘飞船真的能无限接近光速,“时间膨胀效应”将变得极其显著。

  对于在地球上观测的人来说,这艘飞船确实飞了近两年才离开太阳系。但对于飞船上的宇航员来说,由于他们正以接近光速运动,他们的时间流逝会变得极其缓慢。在他们的体感中,这段长达两年的旅程可能仅仅过去了几天、几小时,甚至几分钟。

  他们将在瞬间穿越我们认知中的“家园”,而地球上的亲人早已度过了数个寒暑。

  回到最初的问题:光速飞船能飞出太阳系吗?

  答案是肯定的,但这个过程本身,将彻底重新定义我们对“家园”的认知。我们甚至还忽略了一个致命的现实:在接近光速的飞行中,撞击太空中一粒微小的尘埃,其释放的动能都堪比核弹爆炸。

  我们所生活的太阳系,并非一个可以轻易“逃离”的摇篮。它是一个半径达1光年以上的巨大引力王国。在人类目前最快的探测器(如帕克太阳探测器)尚需数万年才能飞离的尺度面前,“光速”这个终极梦想,也需要用“年”为单位来丈量我们这个小小的家。

Komentari
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