飞船在宇宙中航行没有阻力,是不是就可以一直加速直至光速了?
看了很多朋友的回答,感觉很奇怪,为什么大部分人都会纠结于相对论带来的质量膨胀效应呢?这明明只是物理极限的情况下才需要考虑的问题,在现阶段,包括在未来很长一段时间内,这个问题都跟相对论没有半毛钱的全系。因此,这个问题最直接最简单答案就是,人类的燃料不足以将飞船推动到更高的速度!
第一个问题:什么决定飞船的速度?
不管在地球上也好还是太空中也好,要想推动一个物体运动只有一个办法,那就是给它施加一个大于它质量的相反的力,这个施加力的速度决定了被推动物体的速度,这很好理解。譬如说你以每秒1米的速度推动一个桌子,那么这个桌子的速度最高只能达到每秒1米,高于这个速度你的推动力将不起作用。
在太空中的飞船也是一样,飞船燃料喷射的速度直接决定了这艘飞船的速度。即便是在太空中没有阻力,在不施加其他影响的情况下,这艘飞船理论上的极限速度也只能和它燃料的喷射速度持平,高于这个速度再多的燃料,再长的喷射时间也不起作用。
那么这就产生了一个逻辑上的悖论,先不考虑相对论的质量膨胀效应,如果你要想将一艘飞船加速到光速,是不是应该首先研究出喷射速度能达到光速的燃料?
第二个问题:现代人类火箭所能达到的速度极限是多少?
现代化学燃料喷射速度的极限大约是20千米每秒,这个速度决定了依靠化学燃料推进的火箭,即便是达到燃料喷射速度100%的理论值也只能达到每秒约20千米左右。
即便是现在还处于概念阶段的等离子发动机,其最高的喷射速度也只有300千米每秒,即便是若干年后这种发动机彻底成熟,经过N年的加速,也只能将一艘飞船加速至光速的1‰,跟相对论也没有任何关系。
第三个问题:什么样的推进方式才能使飞船无限的逼近光速?
现代大型强子对撞机已经能将一些粒子加速至光速的99.9%之上,在我们遥远的未来或许可能将这种方式用于推进一艘飞船。但也就是在这种物理极限的情况下,相对论的墙壁效应出现了,随着这艘飞船越来越接近光速,它的质量会迅速膨胀,即便是射出再多的粒子也不管用。
当然除此之外还有一些新奇的创意,譬如说光辐射飞船直接用光进行推进,或者通过黑洞巨大的引力进行引力弹弓加速。虽然光和引力的传递速度都是光速,但这两种仍然不能将一艘飞船加速至绝对的光速。
航天器飞行时没有阻力,理论上能一直加速,为什么科学家不愿加速?