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从理论上说 , 真正达到光速穿越银河系的时间就是零 。 根据尺缩钟慢效应理论 , 当一个物体达到光速时 , 时间静止 , 空间成为零点 。
现在科学界根据观测 , 将银河系直径由原来的10万光年调整为20万光年 。 如果一个物体以光速移动 , 横穿银河系的时间度标 , 在不同的坐标系中会出现完全不同的结果 , 从地球观测者来看 , 需要20万年时间 , 但在光速参照系里的人却感觉不到时间的流逝 。
当然这个纯属思维臆想 , 是完全不可能实现的 。 这是因为在相对论里面 , 光速是极限速度 , 这个世界没有任何物体能够加速到光速 。 因为物体运动得越快 , 其动能越大 , 惯性越大 , 只要这个物体有静止质量 , 无论多小 , 达到光速动能都将变得无限大 。
无限是多少?就是整个宇宙都不是无限的 , 所以这是一个悖论 , 光速无法达到 , 无法超越 。
爱因斯坦相对论已经提出100多年了 , 无数事实证明了这种假设的正确性 , 越来越多的观测证据证明了相对论提出的各种预言 , 如时空弯曲、黑洞、引力透镜、时间膨胀、光速极限等等 。
【太空|一个以光速运行的人穿越银河系需要多长时间?是10万年还是0?】
因此相对论成为现代物理学的核心思想 , 光速性质和理论又是相对论或现代物理学的最重要基础 。
研究表明 , 速度的质增效应越到后来越大 , 一个物体达到光速的10%时 , 质量只增加0.5% , 当速度达到86.6%时 , 质量就会增加一倍 。 随着物质运行速度的加快 , 催动速度提升所需能量会越来越大 , 当速度趋近光速时 , 动质量提升效应呈指数级上升 , 速度无限接近光速时 , 质量趋向无限大 , 催动物质提速的能量同样趋于无限大 。
科学家们在美国伊利诺伊州Batawia费米实验室的Tevtron加速器中对质子进行提速实验 , 在质子速度达到光速99%的基础上 , 增加了100倍的能量 , 质子速度仅提升到光速的99.99995% , 永远也提高不了那1% 。
实验说明 , 即便要把一个电子加速到光速 , 也需要无限的能量 , 而我们整个宇宙总能量也是有限的 。 粒子物理学家们对光速极限、光速限制的物理法则深有感触 。
因此 , 只有质量为零的粒子 , 才能够以光速运动 。 现在已知能够以光速运动的粒子有光子、引力子等 。 引力子只是量子力学里面关于引力传播媒介的一个猜想 , 尚未得到证实;中微子被认为可能有极微小的质量 , 因此它的运行是否达到光速尚无定论 。
接近光速和达到光速只有一线之隔 , 但是性质完全不同的两个概念 。
光速实验中不可以超光速 , 在数学方程中也无法进行 , 这对应于负数开根号 , 洛伦兹变换直接崩溃(下图) 。
人类当然是有静质量的物体 , 所以永远不可能达到光速运行 , 但从理论上来说 , 未来的宇宙飞船有接近光速的可能 , 因此明显的时间膨胀效应将不可避免地出现 。
根据速度时间膨胀公式计算 , 飞船达到光速99.99%时 , 飞船里的人过了一年 , 地球上观察者就过了70年 , 这样飞船乘员要过2857年才能够穿越银河系;如果速度达到了99.999999999999%光速时 , 飞船上乘员过一年 , 地球观测者就过了707万年 , 这样只需0.028年就可以穿越银河系 , 也就是穿越银河系需要10.33天 。
这当然是理想的速度 , 只要10天就能够穿越银河系 , 人类就可以在星系之间翱翔了 。
但有一个问题很难解决 , 就是达到这种速度时 , 时间膨胀效应非常大 , 这样远航的人类还需要回到地球吗?他们回到地球还有意义吗?
要知道如果这种速度在宇宙旅行一年 , 地球已经过去了707万年 , 等他们回来 , 地球早已经不是他们离开时的地球 , 沧海桑田甚至海枯石烂 , 物也不是人更非 , 他们回来的意义何在?
因此 , 时空通讯认为 , 以后人类实现深空旅行速度瓶颈的突破更有可能是曲速航行或者虫洞穿越 。
因为要实现亚光速旅行或无限趋近光速旅行 , 虽然理论上是可行的 , 但每每增加一点速度 , 动质量和能量的增加都将呈几何数级提升 , 这种速度提升的可能性在实际操作中是很难做到的 。
而且这种巨大的时间膨胀效应使留守观察的人类基本上没有了期盼 。
而曲速航行或虫洞穿越不是速度的提升 , 而是通过重力场扭曲时空、折叠时空 , 使距离缩短 , 或者叫抄近道、走捷径 。
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