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宇宙存在一個無法突破的速度限制,不是光速,它才是人類的障礙
2023/04/03

估計任誰都做過這麼一個夢,想象自己乘坐著一艘拉風的飛船,行駛在廣闊的星海之中。透過艙室的透明玻璃,你馬上就可以融進宇宙之中,雖然太空沒有風,但是行駛在宇宙之中,本身就是一件很拉風的事情。

然而,夢醒了,你還是那個居住在地球上的小瘦猴子。

有的時候,你或許也會忍不住去想,自己什麼時候才能進入宇宙呢?自己什麼時候,才能親眼見識生活的這個星球的全貌呢?

地球上大多數人,大概都有著這種想法。說到底,是因為我們心中始終有著對于自由的向往, 宇宙,在當下的世界,即代表了最高程度的自由。

其實,人類能夠飛上天也就不過一兩百年的事情。進入宇宙,更是才有幾十年。 幾十年前,加加林能夠進入宇宙都算是驚天動地的大新聞。而現在,咱們人類已經有能力發射空間站,并在其中住上一段時間。

在某些樂觀主義者看來,雖然現在咱們不能夠進入宇宙,但萬一突然又來一輪科技爆炸呢?那個時候,等到咱們老了之后,說不定還能夠開展一太空游。假如科技再發展猛點,說不準咱們就能夠在壽終正寢之后,買上一塊太空墓地,過上流浪地球的日子。

但是,對于現在的人類而言,這些都只是不現實的幻想。等到有能力大規模送人上天的那一刻,估計也就到了人類真正開啟太空時代的時候了。而到了那個時候,殖民外太空,才是時代的主題。

而現在在人類面前, 不僅僅有技術困難,咱們在理論上一樣面臨著難關。除了 光速這個難以突破的難題,還有另外一個限制。這個同為速度領域的限制,使得人類現在只能做夢想想太空時代。

現在,咱們就來詳細了解一下這些難題。或許,在了解完這些問題之后,你會明白,為什麼科幻小說里面的場景遲遲不能在現實生活中出現。

速度之殤

作為物理學上開宗立派的人物,愛因斯坦是我們在談論宇宙的時候,永遠繞不開的一個人物。這麼多年了,也沒見誰能夠在相對論之外另外開辟出一塊領地。可以說, 只要想探索宇宙,咱們就脫離不開相對論。

在相對論中,就有一個比較有趣的觀點。咱們看科幻小說,經常能夠看到什麼光速飛船之類的東西。 然而,假如嚴格遵循相對論,這個世界上就不可能有光速飛船。愛因斯坦的質能公式就說明了,如果你 想要達到光速,你所需要的動能就是無限。

無限是個什麼概念呢?滅霸夠猛了吧,一個人可以滅宇宙一半的生命體。但是涉及到無限,即使是滅霸都沒有用。換句話說,即使有一百個滅霸推著飛船前進,飛船的速度都不可能達到光速。

當然了,假如你是一個非常規物體,說不準就有機會脫離光速的限制了。比如,你不具備任何的質量,你是一個光子。 那麼,你就可以在速度方面隨便造,想要有多快就可以飛多快,達到光速都沒人可以限制你。

咱們這些小瘦猴子雖然質量挺小,但是跟電子這些比起來,那就是難以想象的龐然大物了。人電子也只能被加速到99%光速,你一個小瘦猴子憑什麼就想達到光速?

因此,在小說 《三體》里面,人家三體科技水平夠高了,但是設計出的飛船,也遠遠不可能達到光速級別 。現在的人類,設計出的飛行器極限速度也不過百分之一光速。說到光速,那就只能眼巴巴的想著。

而在光速的前面,還有一個名為GZK極限的東西。假如不能解決這個理論問題,我們人類永遠別想設計出接近光速的飛行器。

所謂的 GZK極限,其實在上個世紀60年代才出現的一種理論,指的是 在宇宙中飛行的粒子、射線其極限速度不能超過一個固定的值。超過這個固定值的物體,CMB輻射的粒子就會開始發揮作用,對該物體進行阻礙。

為什麼會出現這種情況呢?按照科學家的解釋, CMB——即宇宙背景輻射之中,存在大量的粒子,這些粒子是宇宙大爆炸的產物,廣泛存在于宇宙之中。當物質超過了GZK極限,物質就會跟CMB粒子發生作用,原本的動能會大幅下降,減少的能量,則被用來形成新的介子。一直到物體的動能降低到GZK極限之下,這種反應才會結束。

翻譯成我們常用的話,就是宇宙中存在一張鋼絲網。這道網彈性極大,你就這樣去碰他,他沒有什麼反應。但是一旦你到達某個極限,這張網就會開始阻礙你的運動,并且不斷磨損你的表皮。一直到你痛了,開始慢下來了,這張網才不會跟你作用。

假如有一天,我們人類突然支棱起來了,知道光速飛船應該怎麼制作了,咱們也不可能在宇宙中以光速航行。原因就在于此, 超過GZK極限,飛行器甚至會面臨粉碎的危險。那個時候,你可能人在飛船里面坐著,還沒反應過來,就在一片祥和之中,看著自己的身體化為一堆粒子。這種過程,是相當痛苦的。

GZK問題相當難以突破,因為這就是基本規則。但是,群星的吸引力是沒法抵擋的。咱們人類不可能永遠窩在地球這一畝三分地。有沒有什麼辦法,能夠讓我們既能實現星際旅行,又能夠活著到達目的地呢?

智者百謀

這里,咱們還是得提到小說《三體》。要不為啥說人家《三體》牛呢,用一個簡單的說法,人大劉就可以將抽象的概念解釋得明明白白。 根據相對論,宇宙并不是平坦的平面,而是受到星體質量影響的,處處存在曲面的空間。

既然實體物質無法達到光速,那麼咱們就換個想法,別想著自己去動,而是讓別人牽著你動。就像騎馬,你沒法達到那麼快的速度,但是馬可以啊。 物質不能突破光速,但是空間是可以的啊。

因此,在上個世紀九十年代,科學家提出了一種設想, 假如能夠讓時空推著咱們前行,咱們就能夠實現突破光速的宏偉目標。你看,突破光速的其實不是我,而是推著我前行的時空。這麼做,咱們就就不違反相對論了嘛。

這是一個很合理的設想,就是有幾個小難點。第一個難點,就是你怎麼做到在飛船周圍產生一個平穩的時空?第二,就是你應該以什麼樣的結構去設計飛船,從而實驗這一計劃?

想要征服時空,就需要大力出奇跡。而出力需要的能量,絕對不是人類目前能夠弄出來的。根據計算, 想要實現曲率飛行,一次所需的能量,就得消耗一整顆木星的質量。好嘛,這麼一計算,太陽系的這幾顆行星全拿來用,也只夠人類飛幾次而已。這已經不是一般的敗家,流浪地球的野心都沒有這麼大。

因此,到目前為止,也沒有任何人敢瘋狂地說自己能夠設計出曲率飛船。也就只有 《星際迷航》這部科幻電影,讓我們能夠見識曲率飛船的魅力。

不過,這個猜想確實是很有魅力。因此,再這個設想的基礎上,又出現了一種新的設想,就是咱們不需要一個包裹著飛船的空間了,咱們就改變屁股后面的時空曲率,讓前面的時空曲率拉著咱們前行。

大劉的曲率飛船假設就來源于此。這麼一來,就不需要那麼恐怖的能量了。不過,這也是一個難以實現的想法。依照目前人類的科技水平,估計還得等上不知道多少年,才能夠有那麼一點希望。

而在曲率飛船之外,人們還有一種假設,就是 利用蟲洞來進行星際旅行

前文也說過, 我們所在的宇宙并不是一個簡單的平面。真實的宇宙,可能更像是一個各處不盡相同,猶如綿延山體一樣的存在。

因此,愛因斯坦就假設了一種情況,在宇宙中,其實存在一種特殊的情況,即存在一種神奇的通道, 這個通道可以連接宇宙的不同兩處,只要鉆進去,馬上就能夠從另外一處地方出來,中間跨越數光年甚至數千光年都不是問題。

電影 《星際穿越》就描述過利用蟲洞進行星際旅行這一美好想象。這樣做,不需要人類尋找可持續使用的龐大能源,也不需要去挑戰gzk口下面。 在需要找到一個可供穿越的蟲洞,人類就能完成星際航行。

但是,蟲洞旅行仍然面臨著巨大問題。 在目前的科學體系中,蟲洞始終只是一種理論上的存在,是通過數學算出來的。但是,到底有沒有蟲洞,蟲洞會不會像黑洞一樣,摧毀所有的物質,這都是未知的問題。

好嘛,既然短時間之類到達目的地難以實現,那我索性不管了,直接就耗費大量的時間,跟你這旅程耗上了。也不突破什麼光速了,咱有多少速度就用多少速度,花個幾千年就花吧,只要能到達,那就是好事。

而這,也引出來第三個主流觀點: 休眠旅行

其實,也不要過于看低人類現在的科技水平。早幾年,我們就已經證明了,人類是有能力將物品送上火星的。人好奇號都已經在火星上飆車幾輪了,也不缺你這麼一兩個人送上去。而人家旅行者號都飛出太陽系了,這也證明了,人類是有辦法克服第三逃逸速度的。

不過,送探測器是一回事,而送人上去又是另外一回事。人是碳基生物,而不是硅基生物,不能夠不吃飯的。一旦涉及到人,就不得不考慮后勤的問題。水得有吧?食物不能不帶吧?又不是逃難,生活必需品總得準備吧?

一旦把這些全部考慮進去,一艘小小的飛船,要承載的東西可就太多了。現有的科技水平下,人類的能源利用率完全不足以搭載這些東西。非要去做,付出的代價是難以想象的。而能源利用率不是一朝一夕能夠改善的事情。

這個時候,休眠倉的作用就顯得相當大了。 自然界中,一旦冬天來臨,就有大量的動物開始進入冬眠狀態,在這種狀態下,動物所消耗的能量就會大幅度減小。雖然人類沒有冬眠的習慣,但只要是科學能夠探明的原理,人類總有能力做到。

因此, 一種基于冬眠所創立的概念開始被人重視。低溫休眠并不是什麼新奇的概念,這些年的科幻片里,這個概念基本上都被人玩爛了。但凡有星際主題的電影,基本上都有 低溫休眠倉的影子出現。

不過,低溫休眠雖然名聲極廣,相關的儀器也有很多,但是真正去做出來這麼一個東西,卻相當困難。

假如是淺度的睡眠,總是會有醒的時候。因此, 低溫休眠必須是深度睡眠。根據設想,在低溫休眠的狀態下,人會進入一種低新陳代謝,且難以醒來的狀態下。進入這種裝填,也就不用擔心能量消耗的問題。

NASA就開始嘗試這麼做了。 幾年以前,NASA就公布了相關計劃,宣布將會建立低溫休眠倉,以滿足太空旅行的需求。

根據目前已有的概念,低溫休眠倉應該不僅僅是一種用來睡覺的儀器。一旦進入星空之中,人類所花費的時間就不可能是幾天,而是數年,數百年。在這種情況下,人類身體勢必會出現變化。缺乏新陳代謝,人的身體固然能夠減少能量消耗,但是又怎麼保持器官健康呢?

因此,休眠艙必須具備多重功能。除開最基本的維持冷藏功能,還應該對人類身體進行檢測,并針對健康問題,制定出對應的治療方案。

不過,低溫休眠肯定不是簡單粗暴把人丟進低溫環境就能夠做到的。在這個過程中,必須要考慮到 冷凍過程對人類的傷害。除此之外, 如何在最低損傷的情況下,喚醒休眠中的人類,這也是一個難以攻克的難題。

不過,根據NASA的聲明,似乎他們已經將這個問題攻克得差不多了,甚至已經建造了原型機。似乎,低溫倉已經成為了一種馬上就能實現的概念。當然,以上提到的種種,其實都是科幻的概念了。我們這個低級文明,都還沒有送人大規模上天的能力呢,又從何談起星際旅行呢?只能說,把一切交給時間了。

總結

對于星際航行保持熱情,其實是一件相當好的事情。

從上個世紀開始,我們人類就進入了一種新的狀態。愛因斯坦的相對論,讓我們得以看到真理之門的門檻。而冷戰時期的航空競賽,雖然背后政治意味滿滿,但是對人類的貢獻是實打實的。

相比于上個世紀的航天競賽,今天的航天技術發展也有別的意味。進入新世紀,人口問題不斷增加,雖然陸地廣闊,但是架不住人口的增長。人類的未來在何處,在一段時間內成為所有人的困惑。

也就是在這個情況下,外太空開始成為人類未來的希望。這些年來,我們也發現了不少的類地行星。這些行星,只要能夠達到,說不定就能成為人類理想的棲息地。可以說, 想要實現發展,想要再次進化,人類只能逼迫著自己走向宇宙。

人類最絕望的未來,就是在危機降臨時,才發現星際旅行是早就應該完成的事情。而《流浪地球》只是一本科幻小說,現實里面,想要去制造行星發動機這樣的東西,肯定是不現實的,因此,布局星空,其實就是布局未來。

而在未來,我們肯定還會遇到更多的難題。GZK極限只是一個開始,并不可能就是唯一的問題。

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