太空旅行或成可能？相对论来告诉你

laozeijsd

正相反，这使星际空间旅行成为可能，或者至少在人类一生中可以实现。 理由是加速度。人类是相当弱小的生物，我们不能忍受太强的加速度。强加大于1g（一个重力加速度）的加速度在一个人身上持续较长时间，他就会遇到各种健康问题。（强加大于10g的加速度，这些健康问题就会包括立即失去意识和迅速死亡。） 为了到任意某个地方旅行，我们需要加速到你的旅行速度，然后在另一端再减速。如果我们限制到1.5g加速度持续一段时间，那么这将带给我们一些问题——每个人在我们到达前就会死亡。最好是派机器人，或者至少是比我们这些脆弱的有机的水袋子（比喻人类）健壮的东西。 但是相对论帮助了我们许多，只要我们接近光速，飞船上的时间就会膨胀，相比起在牛顿宇宙中花的时间，我们就能以更少的时间到达目的地。（或者我们从宇宙飞船上某人的角度来看：当他们加速到接近光速时，他们会看到距离缩小-效果是一样的，他们将功更快到达那里。） 这里是我整理的基于我们不能以超过1.5g加速的假设的图表。在上半段路程中我们加速到那个加速度，在下半段路程中以同样的加速度减速，恰好停在我们感兴趣的那个物体旁边。 你可以看到，要达到超过50光年外的物体，我们从相对论中获取了巨大优势；超过1000光年时，多亏了相对论效应我们才能在人类的一生中到达那里。 的确，如果我们继续下去，通过利用相对论效应，我们可以在人类一生中穿越整个可见宇宙（大约470亿光年）。 所以，通过运用相对论，我们似乎可以去到任何我们想去的地方！ 好吧，不完全能。有两个问题： 第一，此效应只对旅行者们有用，他们在地球上的亲人将在没有他们的陪伴中生活、死亡。并且一旦他们返回，他们会发现地球上已经流逝了数千年。对于返程中地球时间的粗略计算规则是表中光年数的两倍加0.25。所以，即使我们确实派出了探险者，在地球上的我们将永远不会知道他们发现了什么，但是对于一些探索者来说，这或许是好的：“去参宿四旅行吧！只需18年的往返旅程，你就可以获得星际冒险和一份奖励：穿越到1300年的地球未来！ 第二，是更直接，更现实的问题。把一个物体加速到我们这里用的相对论速度需要的燃料的量，是个天文数字。拿蟹状星云旅行来举例子，我们需要提供大约每千克飞船 7×1020 J动能来达到我们使用的最高速度。 这确实很多，但还是可获得的，太阳的输出功率为3×1026 W，所以，理论上你只需要几秒的太阳输出（加上一个戴森球）就可以收集到足够的能量，使一艘大小合理的飞船达到这个速度。这也假设你可以把能量转移到飞船上而不用增加其质量。（比如，通过激光固定在一个大型行星或恒星上；如果我们的飞船需要携带它的化学或物质/反物质燃料并加速它，那么你就会遇到“火箭方程的反对”，需要更多的能量。） 但我只是将所有这些都轻描淡写地当作一个工程问题来处理（尽管这远远超出了我们目前可以想象到的技术所能解决的范围）。与直觉相反，但却是事实——假设我们能使我们的宇宙飞船达到这些速度，我们就能看到相对论是如何帮助太空旅行的。