为什么有人说人类永远走不出银河系?

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舒适还明净的海鸥i
2022-08-04 · TA获得超过1.7万个赞
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38万公里之外的月球是人类目前去过最远的地方。随着宇航 科技 的发展,人类在宇宙中能飞多远?我们在未来可以飞出银河系吗?为什么有人会说人类永远无法飞出银河系呢?

探索 宇宙,飞向星辰大海,这一直是人类美好的愿望。但宇宙实在太大了,人类或许会被限制在银河系中,很难在宇宙中飞得更远。

目前,人类只能依靠化学燃料作为宇宙飞船的动力来源。但化学燃料的效率非常低,一枚火箭的90%质量都被化学燃料所占用,最终也只能让小小的宇宙飞船加速到每秒十几公里的速度。虽然这个速度可以让宇宙飞船飞出太阳系,但却要耗费极为漫长的时间。

旅行者1号以17公里/秒的速度飞向星际空间,等它飞出太阳系时,已是1.8万年之后。这还只是半径1光年的太阳系,考虑到银河系盘面的直径至少为10万光年,就连银盘的厚度都有2000光年,秒速十几公里在浩瀚的宇宙中犹如蜗牛爬行。

事实上,如果没有持续的动力,每秒十几公里的速度根本飞不出银河系,这是因为第四宇宙速度高达550公里/秒。也就是说,包括旅行者1号在内的任何一艘宇宙飞船都无法飞出银河系。

然而,即便未来通过核能可以让宇宙飞船的速度加速到第四宇宙速度,飞出银河系的时间仍然至少需要几百万年,这样的星际旅行对于寿命只有百来年的人类而言根本不现实。当然,有些人可能会想到通过低温冷冻进行冬眠,但飞船上需要持续提供几百万年的能量,这是不现实的。而且离开银河系之间,星系际空间非常广阔,去往其他星系需要更长的时间。

因此,为了实现星系际旅行,需要解决时间的问题。根据相对论,时间在运动参照系中流逝更慢,通过时间膨胀效应,星系际旅行是有可能实现的。

通过计算可知,如果宇宙飞船的速度能够达到光速的99.999999999992%,飞到250万光年外的仙女座星系只需1年的时间。但对于地球上的人来说,宇宙飞船需要大约250万年的时间才能飞抵仙女座星系。

不过,这只是理想的情况,因为让宇宙飞船在短时间内加速到亚光速的状态,需要非常大的加速度,这是人体所无法承受的。

我们在地球上长期受到1g的重力,我们已经习惯了1g加速度的环境。因此,如果能让宇宙飞船一直以1g的加速度飞行,长期的太空旅行是可以承受的,而且这样也能实现星系际旅行。

通过计算可知,如果宇宙飞船以1g加速度持续加速125万光年,然后再以相同大小的加速度持续减速125万光年,这样宇宙飞船只要大约29年的时间就能飞抵仙女座星系。在这种情况下,结合冬眠技术,星系际穿越是可行的。

除此之外,更为高效的方法是通过虫洞。广义相对论预言,穿过虫洞,我们可以去往任意想去的地方。

银河系,一个巨大的天体系统,最少由2000亿颗恒星组成,其直径长达16万光年。我们的太阳系就位于银河系的猎户臂上,距离银心大约2.6万光年。

在太阳系中太阳带领着地球以及众多天体以每秒250千米的速度围绕银河系中心旋转,旋转一周需要2.2亿年。那么如此巨大的范围,人类能不能走出银河系,飞向更遥远的星空呢?

虽然目前人类飞行最远的人造物体,旅行者一号已经飞到了距离地球211亿公里外的星际空间,但是对于浩瀚的宇宙空间来说旅行者一号仅仅飞了20个光时,飞出太阳系的范围将需要上万年的时间。

而银河系厚度大约是3000光年,如果垂直向上飞,以我们目前依靠的化学动力火箭也是不可能离开银河系的,就算离开银河系也要达到第四宇宙速度,就是120公里每秒才能摆脱银河系的引力束缚。所以达到第四宇宙速度也需要几百万年。显然对于人类寿命只有几十年的时间而言,这是最致命的问题。

不过,如果能够接近光速飞行才有机会离开银河系,根据爱因斯坦的钟慢尺缩效应认为,当物体的运动速度越快时间会越慢,当达到光速时间会趋势与0,那么接近光速时间会非常的缓慢,3000光年或许仅要几年的时间。

然而亚光速要巨大的能量来支撑,人体根本承受不住这样的速度,因此穿越光年距离只能通过爱因斯坦罗森桥来实现了,也就是虫洞。看过星际穿越的朋友都知道,虫洞是将两个不同时空进行折叠,通过隧道来到达星际旅行,这样就不需要提高速速飞行来离开银河系了。

不过遗憾的是,目前为止科学家对虫洞理论还一无所知。

银河系是由恒星聚集形成的一个聚合体,主要成员就是恒星,银河系属于棒旋星系,在中心核球的两端延伸出主要由气体尘埃和恒星构成的旋臂,恒星主要都聚集在两条旋臂之上,而另外两条尚未完全形成。太阳系就是位于银河系的猎户臂上,这里是恒星的聚集区。

银河系最新数据直径20万光年,中心核球厚度大约1.2万光年,太阳系就位于距离银心大约2.6万光年的猎户臂上,正在以每秒大约250公里的速度绕银心运动,2.5亿年完成一个周期运动,太阳系形成至今绕银河系转动不到20圈。

说完银河系我们再来看一下太阳系的结构,太阳系作为一个恒星系主要以太阳为核心,之后是八大行星,而小行星带穿插其中。外层是柯伊伯带,主要是一些矮行星、小行星以及其它天体碎片等。在柯伊伯带外层有一个假想中的空间结构,被称为奥尔特云。奥尔特云被认为是长周期彗星的故乡,那里有着大量的太阳系形成初期的天体碎片。奥尔特云的直径大约是2光年,这个范围也就是太阳系的范围,这是按照太阳引力作用来确定太阳系大小的。

目前人类的 科技 已经实现了飞出地球,最远的足迹已经到了38万公里之外的月球,最远的探测器是旅行者一号,它已经飞到了220亿公里之外。旅行者一号是NASA1977年发射,用来探测土星、木星及其卫星的,任务结束后将继续向太阳系外飞行。目前它的速度已经超过了所在位置的第三宇宙速度,最终是可以飞出太阳系的。但是按照旅行者一号的速度大约需要17600年能飞出太阳系,之后会和太阳肩并肩绕着银心运动。

人类如果按照常规的办法连太阳系都很难飞出去,因为探测器不承载人,质量体积都可以很小。但如果是人类想要飞出太阳系,那么就需要维生系统非常好的宇宙飞船,目前的动力形式是没有办法实现的。 至少也要等到彻底掌握了可控核聚变技术,这只是第一步让能量“源源不断”,第二步就是尽可能地加速,但是理论在那限制着,有静止质量的物质达不到光速,这才是硬伤。 即使光速飞行都需要几万年才能飞出银河系。

当然还有一个好处就是超高速运动带来的时间膨胀效应,弥补了人类个体寿命的不足,很可能都不需要花费100年时间就可以飞出银河系,但是外界的时间流逝可能已经过去了几万年几十万年。最好的办法应该是曲率驱动可以达到光速甚至超光速运动,不然就是发现广义相对论预言的虫洞,穿过虫洞直接实现来到银河系之外的目的。

但是按照人类目前的发展,只有可控核聚变有机会实现,而曲率驱动和虫洞目前来看只是科幻,现实生活中是不能指望的。所以说人类要想飞出银河系真的是太难了,况且也没有任何的意义,因为银河系内有2000多亿颗恒星,足够人类文明来折腾了!
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