以0.9倍的光速飞行会怎样?NASA发布视频说明可能的状况

星际旅行是人类长久以来的梦想,尽管根据狭义相对论,物质是无法超越光速的,但以接近光速的速度移动是理论上可行的。NASA近日发布一段视频,想象以0.9倍光速星际旅行的状况。

以0.9倍光速旅行,会遭遇时间膨胀、星际物质的难题

该视频谈到,以0.9倍光速飞出太阳系、飞到最近的恒星–半人马座α星、最近的星系–仙女座星系,以及最远的星系GN-Z11的所需时间。虽然0.9倍光速听起来很快,比人类现有太空载体的速度快上大约1万倍,但宇宙更大。光是要穿越欧特云,飞离整个太阳系就要大约1年半的时间,到最近的恒星大概是4年,最近的星系要百万年,最远的则30亿年左右。

除此之外,最算能把太空船加速到0.9倍的光速,还有很多挑战需要克服。除了食物与燃料问题之外,还有时间膨胀、星际物质防护、通信技术等问题。根据狭义相对论,一个坐标系的速度愈快,它的时间就会相对其他的坐标系慢;若速度为0.9倍光速,时间就会比外界慢个2.3倍,也就是太空船的1年相当于地球的2.3年,造成时间不同步的状况。

此外,宇宙并不是完全真空,星际之间仍然有许多的物质,就算只是小粒子,但以0.9倍光速撞击仍会对太空船造成损害,因此太空船需要有防护技术。而且人类发射太空船的目的并不是自嗨,而是科学研究,太空船势必要能够搜集信息,并且将信号回传地球,需要极高的能量。

霍金曾宣布突破摄星计划,让飞行器以0.2倍光速飞往半人马座α星

然而以上的场景并非完全空想,人类真的有在执行类似的计划。2016年,物理学家霍金(Stephen Hawking)与投资人Yuri Milner共同宣布启动突破摄星(Breakthrough Starshot)计划。该计划是研发名为星片(StarChip)的光帆飞行器。该飞行器的尺寸约数厘米,配有5米的光帆,先由母舰发射到地球轨道后,再通过激光加速到0.2倍的光速,飞行20年到半人马座α星,并在抵达之后,传输资料到地球。资料到地球需要约4年的时间。

但要驱动这样的飞行器就要约1万亿焦耳的能量,就算发射成功并顺利飞到半人马座α星,传资料回地球也要庞大的能量。飞行器要如何产生能量,以及地球能否接收也是个问题。而载人的太空船难度又更高了,除了发射的能量,要如何让人在船上活个几年,甚至是繁衍后代,这难度根本无解啊!

参考资料

《Science Alert》、《Business Insider》