當前位置: 華文世界 > 科學

光速不可超越,飛船是否能達到亞光速?還有一個限制條件

2024-07-15科學

真空中的光速為299792458m/s,相對於任何參考系都恒定不變,它代表了宇宙間最快的速度,任何事物沒有辦法超越這個速度進行有效的資訊傳遞。

為什麽會這樣呢?因為物體在移動的過程中會產生一個慣性品質,其與重力品質是等效的,隨著物體速度的不斷提升,慣性品質也會隨之提升,繼續加速就需要更大的能量支持,當物體的運動速度達到了光速,慣性品質就會趨於無窮大,也就需要無窮大的能量才可以實作,而宇宙間沒有無窮大的能量,自然也就無法把物體推進到光速。

當然,這是針對於具有靜止品質的物體而言的,對於光子這種沒有靜止品質的物質來說,它從誕生便會以光速,也只能以光速進行運動。

光速最快的限制給人類的宇宙探索帶來了不小的難度,因為宇宙太過龐大了。2018年美國發射升空了一台速度很快的航天器,即帕克探測器,它的速度達到了109km/s,這對於生活在地球上的我們而言,是十分驚人的,但即便以這個速度,想要去往太陽系外最近的一顆恒星,也需要6000年之久。

人類航天器的速度還可以進一步提升嗎?當然是可以的。

那麽人類航天器的速度可以提升到何種程度呢?光速不行,亞光速是否可行呢?很遺憾,依舊不行,因為還有另一個限制條件,那就是GZK截斷理論。GZK截斷理論是於1966年提出的,因為提出這一理論的三位科學家分別為美國的Kenneth Greisen和前蘇聯的Georgiy Zatsepin、Vadim Kuz'min,便因此而得名。這一理論用一句話來簡單概括,就是:宇宙射線會與宇宙背景微波放射線下的光子發生作用。

根據宇宙大霹靂理論,宇宙起源於距今138億年前的一次大霹靂,在一瞬之間,物質、能量、時間、空間噴湧而出,宇宙誕生了。

宇宙大霹靂所產生的光子在138億年間,一直持續擴散,隨著宇宙的不斷膨脹而變成了微波,這就是我們經常提到的「微波背景放射線」。在宏觀低速環境之下,微波背景放射線的光子並不會與物質發生反應,但當物質的運動速度不斷提升,突破某個臨界值之後,便會與光子發生交互作用。宇宙射線就是一種高速運動的物質,它會與微波放射線光子發生反應,這種反應會使宇宙射線本身不斷損失能量。

當然,會與微波放射線光子發生作用的並不只有宇宙射線,任何速度超越臨界值的物質都會與光子發生反應。

這意味著什麽呢?假設人類制造出了一艘超越臨界值的高速飛船,當它在宇宙中飛行時,會與光子發生反應,致使自身不斷損失能量,具體的表現就是飛船的急速損毀。因此,人類要想不斷提升自己的速度,首先要解決的並不是光速最快的限制,而是如何突破GZK截斷理論。

在太陽系之外,與我們最近的一顆恒星就是比鄰星了,它與我們的距離大概在4.22光年左右。

也就是說,如果人類能夠實作十分之一的光速飛行,也需要40多年才能夠到達,如果連十分之一的光速都無法實作,那探索宇宙幾乎可以說是茫然無望。所以如何突破GZK截斷理論是人類宇宙探索之路上必須要解決的一個問題。當然,我們也可以另辟蹊徑,比如透過改變時空曲率而縮短兩點之間的距離,以實作瞬間跨越千萬光年的距離,不過這些在目前看來,太具科幻主義色彩了。