以目前的科技水平,光速飞船还只是一个幻想,几乎不可能实现。
要是现在有一艘正在飞行的光速飞船,然后把飞船的大灯打开,会出现啥情况呢?
对于这个问题,我们将分别从不同的观察角度来探讨。
【内部观察视角】
根据爱因斯坦的广义相对论,存在一个概念叫做光速不变原理。
光在真空中传播的速度对任何观察者来说都是一样的。
这也是狭义相对论的基础之一,爱因斯坦研究相关问题时,专门求解了麦克斯韦方程组,还验证了自己的猜测。
当然,这个推导过程很复杂,也很长,今天咱们就不讨论了。
根据光速不变原理,当我们驾驶光速飞船时,如果打开前面的大灯,灯光的速度将保持不变。
要是这会儿飞船和光的速度一样快,你也根本察觉不到。
在冰冷漆黑的宇宙里,几乎没有光线能反射到人类眼睛里,所以人类无法直接看到光速飞船大灯的变化。
其次,人眼的视力极限值很低,如果你在一个很大的平面上看另一个人,其视力极限范围也只有 10 公里到 20 公里。
比如说,在海面上行驶的船只,用不了多久就会从人们的视线里消失。
以前大家都觉得,这是由于地球是圆的,船才会「不见」。
事实上,只是大家看不到而已。同样的,光可以在 1 秒钟内传播 30 公里,就算反射到我们眼睛里,也没办法马上察觉。
不过呢,在宇宙飞船上装大灯,这不是没事找事嘛。
要是真能造出宇宙飞船,人类没准都有更先进的照明手段了,谁还会用这么落后的照明啊?
这就好比一个原始人,钻木取火后发现雷电也能生火,然后立马就说自己以后一定要用雷电来烧柴。
并且光线和飞船是同步前进的,人的眼睛根本接收不到任何反射光线。
要知道,就算开着能超光速行驶的飞船,这种状况也不会有啥变化。
一方面,光的源头肯定在飞船前方,不可能出现船在前边跑,光在后边追的情况。
射出去的光线会被飞船弹回来,这样就没效果了。
相应地,假如人类的生理功能没有进步,那么光速尺度和超光速尺度也就没有差异了。
对原始人来说,无论多贵的手机,在他眼里都跟块「石头」一样。
当然了,现在对于飞船内部的情况,都只是根据现有的理论来猜测而已。毕竟人类这方面的研究实在太少,而且也没人做过试验。
【外部观察视角】
以人类的身体机能和现有的科学技术,根本不可能追踪到一艘光速飞船的运行轨迹。
要是咱们能假设存在这种情况,某人有足够的技术能观测到光速飞船。
根据相对论,如果一个物体达到光速,那么时间会变慢,长度会缩短,质量会增加。
所以啊,要是光速飞船真能以光速飞,那在飞船里的人感觉时间还是正常过,长度和质量也都不变。
但在外界观察者眼中,光速飞船的时间过得很慢,其长度和质量也会发生变化,变得愈发奇怪和难以捉摸。
在视觉残留的影响下,飞船可能会呈现出一条拉长的光线,或者其他一些奇怪的形状,也就是大家所说的残影。
所以,人们看到的光速飞船可能是个极度变形的东西,而且就算灯光的速度不变,也是因为光速已经是最快的了。
与此同时,相对论指出,时间的快慢与速度成反比,即物体的速度越快,时间过得越慢。
要是你能达到光速,那时间这概念差不多就没了,你也就「永生」了。
以这么快的速度飞行,会让宇宙飞船周围的空间变得扭曲,不管是在飞船外还是飞船内,看到的都是些无法形容的东西。
要实现超光速飞行,人类就更难以理解了。
毫无疑问,人类根本不可能制造出超光速飞船。
要想超光速,得满足没质量、没信息这些条件,可飞船本身就有质量和信息,所以超光速飞船是不可能存在的。
当然啦,大家也别想什么光速、超光速飞行了,因为宇宙并不是大家想的那么空,要是和别的星球撞上了,那肯定就完蛋了。
如今科技这么先进,可我们的飞船还是跟光速差老远了。
但你晓得不?光速在整个宏观宇宙尺度面前,也没啥厉害的。
【光速和宇宙】
飞船要是能以光速飞,大概 5 小时就能穿过太阳系半径了。你想想,旅行者姐妹号飞的距离短多了,都花了 40 多年呢。
太阳光从太阳射到地球上大约需要 8 分 20 秒,而太阳到地球的距离约为 1 亿 5000 万千米。
要是想跨越整个太阳系,就得有从太阳到海王星那么远的距离,差不多是 48 亿千米,所以光速飞船跨越整个太阳系得要近 5 小时。
不过要注意,从太阳系边缘回地球的距离大概是到海王星距离的 2 倍,所以总时长比 5 小时要长一点。
跨越整个银河系得花上 10 万年,这远超人类的寿命极限。
当然了,银河系可不是一个单纯的正圆柱形结构,这里面还包含了很多旋臂、星云、恒星之类的东西呢。
要穿过银河系,可不是直线运动,而是得经历弯曲、反射、偏折等过程,所以这计算起来非常复杂。
总之,跨越银河系要用很长时间,大概在几万年到几十万年左右。
这就是为啥我们在地球上看到的星光都是数百万年前的,因为光要花很长时间才能到地球。
要是把目光放到整个可观测宇宙,那它的半径大概是 456 亿光年,就算以光速前进,也得要 456 亿年。
人们到现在也不晓得宇宙之外有啥,它到底有多大。
既然咱们没办法超光速飞行,那人类以后要是想走出太阳系、银河系,甚至是可观测宇宙,绝对不能只靠速度,得另想办法。
电影【星际穿越】向我们展示了前沿的虫洞理论,该理论能大大缩短两地间的距离,使人们可以在更短的时间内跨越更长的路程。
这一理论现今尚未得到证实,但我相信,未来我们定能攻克技术难关,让人类文明迈上新台阶。
参考材料
W.G. Morris、K.S. Thorne 和 U. Yurtsever 三人共同在【物理评论快报】上发表了一篇文章。
T.E. Hartman, J. Appl. Phys. 33, 3427
A. Enders 和 G. Nimtz,【物理评论 E】