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实现光速飞行有多难,现有的技术水平还无法做到

2019-08-19来源:中国固原网

实现光速飞行到底有多难,这得从牛顿说起。

实现光速飞行有多难,现有的技术水平还无法做到

根据经典物理学中的牛顿第二定律,只要给物体一个力,使其具有一定的加速度,那么这个物体的速度就能不断地增加下去。按照这种理论,人类可以获取任意我们想要的速度,就连光速也能简单的达到。

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牛顿 英国物理学家、数学家(1642-1727)

然而爱因斯坦打破了这种理论,在他的相对论里,爱因斯坦为人类证明了光速是已知宇宙中速度的极限,真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度,约为300000km/s,任何高速运动的物体都必须要考虑到相对论效应。

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在经典力学中,速度与能量是相互分立、没有联系的;而相对论力学中,速度与质量只不过是物体的力学性质两个方面,是相互统一的。因此根据相对论,一切具有静止质量的物体在高速运动的情况下,它的运动质量会发生变化,会随着速度的增加而变大。当物体的运动速度远低于光速时,增加的质量可以忽略不记,如速度达到光速的10%时,质量只增加0.5%。但随着速度接近光速,其增加的质量就很明显了。如速度达到光速的86.6%时,其质量增加了一倍,这时,物体继续加速就需要更多的能量。当速度趋近光速时,质量随着速度的增加而成几何倍数上升;速度无限接近光速时,质量趋向于无限大,需要无限多的能量。

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目前在自然界中,只有光子才能始终以这个速度运动下去,而其他微观粒子只能以小于或者接近光速运动,因为光子在静止状态下是没有质量的。虽然在实验室中,我们可以通过大型的粒子加速器将一些微观粒子加速到接近光速状态,但其中耗费的资源可想而知。

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占地6800英亩的美国费米国立加速器实验室航拍图

按照人类目前的科技,最快的飞行器——也就是几年前飞出太阳系的旅行者1号,它的飞行速度约为17km/s,它的重量为815kg,目前距离地球约为180亿公里。而现在一般的航天飞船或者载人航天飞船重量动辄几十吨上下,速度大概在7.9km/s这个数值左右,如果想要增加它的速度和航程,所需要的发动机和消耗的燃料必然也要随之增加,因此它的重量也会成倍增加。如果想把这类飞行器加速到接近光速,以现有的材料、能源以及技术无法做到。

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1977年 旅行者1号发射升空

而载人光速飞行更是难上加难,因为人体根本承受不住。普通人类最大能承受5倍左右的重力,超过这一极限便会昏迷;而经过专业训练并穿有特制航天服的航天员最大也只能承受9倍左右的重力,并在这种情况下头脑清晰地操作飞船的运行。不过航天员不能长时间处于这种高重力状态下,否则会对身体造成不可逆的伤害。如果要进行光速飞行,那么飞船的加速周期以及航天员所承受的重力势必是原来的好几倍甚至几十倍,这是人类肉体目前无法承受的。

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所以,光速飞行目前只存在于人类的想象中。不过目前科学界正在研究“曲率飞行”倒是为光速飞行提供了可能。曲速飞行是一种通过压缩时空航行的技术,其原理就是在运动物体周围利用反物质驱动的曲速引擎制造一个人工的曲力场,从而使物体能在这个扭曲的时空泡中以接近光速的速度移动。相信看过《星际迷航》的朋友应该都知道这种技术,曲速飞行需要用到曲速引擎,而曲速引擎能使物体前的空间迅速弯曲缩小,物体后的空间迅速弯曲扩大。就像在后面吹气球将物体挤向前,这样就能让物体达到光速飞行。不过要使空间弯曲需要太阳的10亿倍能量,这同样是很难实现的技术。

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电影《星际迷航》剧照

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曲速飞行概念图

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