银河快报

如果一艘船从地球出发,要多久才能走出银河系?

前几天晚上睡不着,我躺着刷手机,突然冒出一个特别傻的问题——银河系到底有多大?如果我们真的造出一艘飞船,从地球起飞,一直往前开,到底要多少年才能飞出银河系?

说实话,这个问题在脑子里打转了好几天,查了一圈资料之后,我发现答案比我想象的要震撼得多,走出来”这件事,可能和你第一反应想的不太一样,今天就把我扒拉出来的这些东西,跟你聊聊。

咱先搞清楚银河系到底是个什么规模

银河系不是什么小池塘,它是一个巨大的星系盘,你先在脑子里想象一个特别扁的圆盘,中间稍微鼓起来一点,像两个煎蛋背靠背扣在一起,这个盘的直径,按照目前天文学界比较公认的数据,大约是10万到18万光年,对,光年,不是公里。

我知道“光年”这俩字太容易从耳边滑过去了,咱们把它拆开揉碎了感受一下,光速是每秒30万公里,一秒钟能绕地球七圈半,光走一年,那就是一光年,而现在银河系的直径,是光都要跑十万年以上的距离。

这意味着什么?你抬头看到的那些星星,它们发出的光来到你眼睛里的时候,人类还在非洲草原上拿着石头追兔子。这就是银河系的时间尺度。

顺便说一句,银河系里的恒星数量大约在1000亿到4000亿颗之间,我们的太阳只是其中一颗毫不起眼的中年恒星,位置也不在中心,而在距离银心大约2.6万光年的一个旋臂上,属于银河系的“郊区”。

这下问题就清晰了:咱们从郊区出发,往银河系边缘走,这个距离怎么着也得有四五万光年打底。

用人类现在的速度,算一笔扎心的账

好,飞船准备好了,就从地球轨道出发,咱们现在人类能达到的最快速度是多少?目前飞得最远最快的人造物体是旅行者一号,它在1977年发射,现在正以大概每秒17公里的速度在星际空间里飘。

每秒17公里,听着挺快对吧?咱们算算。

光速是每秒30万公里,旅行者一号的速度大概只有光速的一万八千分之一,拿这个速度去走一光年的距离,需要差不多一万八千年,而咱们刚才说了,地球离银河系边缘还有四五万光年。

距离类型大约距离所需时间(旅行者一号速度)
到最近的恒星(比邻星)2光年约7.5万年
到银河系边缘5万光年约9亿年
穿出整个银河系18万光年超过30亿年

你没看错,以人类目前最快的推进能力,从地球飞到银河系边缘大约需要9亿年。

如果一艘船从地球出发,要多久才能走出银河系?

9亿年是什么概念?恐龙灭绝也就是6500万年前的事,地球上出现多细胞生物,也不过6亿年左右,换句话说,你在地球上第一批复杂生命诞生的时候出发,到今天还没到银河系大门口。

这个数字一出来,我自己也愣了一下,原来“走出银河系”这件事,用我们现有的技术去硬刚,根本就不是一代人、一个文明能完成的任务,那是跨越地质时代的尺度。

换几种人类幻想过的推进方式,有没有希望快一点?

拿旅行者一号来算,有点欺负人,咱们人类也不会永远只靠化学火箭,来看看几种理论上有可能实现的推进方式,能把时间压缩到什么程度。

核聚变推进

这是离我们最近的一种“有望实现”的技术,如果人类掌握了可控核聚变,飞船的排气速度能达到光速的千分之一左右,也就是说,速度能到每秒300公里左右。

用这个速度,一光年只要走1000年,到银河系边缘5万光年,需要大约5000万年,比9亿年短了很多,但依然是人类文明无法想象的时间长度。

反物质推进

这是目前物理理论允许范围内能量密度最高的方式,正反物质湮灭,能把质量完全转化为能量,如果用反物质当燃料,理论上飞船可以加速到光速的十分之一甚至更高。

假设真的做到光速的10%,也就是每秒3万公里,那到银河系边缘就需要50万年,这已经是代际飞船的范畴了——船上要繁衍几千代人,才能熬到终点。

光帆和激光推进

“突破摄星”计划提过一个想法:把微型探测器装到光帆上,从地面发射强大激光推动它,理论上能把速度提升到光速的15%到20%。

如果一艘船从地球出发,要多久才能走出银河系?

按光速20%算,到银河系边缘需要25万年,依然远远超过人类文明史,而且这还是无人探测器,载人飞船的难度要大得多得多。

把这些技术排成一张表来看,会直观一些:

推进方式可达速度(光速倍数)到银河系边缘所需时间
化学火箭(旅行者一号)约0.0057%约9亿年
核聚变推进约0.1%约5000万年
反物质推进10%约50万年
激光光帆(突破摄星)20%约25万年
曲速引擎/虫洞超光速(理论)未知

看到这个表,你大概也感觉到了——在现有的物理框架里,即使把技术推到极致,走出银河系仍然是几十万年起步的任务。

爱因斯坦在旁边抱着胳膊笑而不语

上面说的这些,还没有考虑一个更“不讲理”的家伙——狭义相对论。

如果飞船真的能加速到接近光速,奇妙的事情就发生了,根据相对论,飞船上的时间会变慢,对地球上的人来说,飞船飞了50万年才到达银河系边缘;但对飞船里的宇航员来说,可能只过了几十年,甚至更短,取决于速度离光速有多近。

但这在“走出银河系”这个目标面前,几乎帮不上什么忙,因为就算宇航员觉得只过了几十年,地球上的文明可能早就灭绝了,当你抵达银河系边缘回望地球的时候,那个蓝色星球上可能已经没有人在等你了,这大概是宇宙尺度上最孤独的一种浪漫。

还有一个更根本的限制——燃料,飞船越接近光速,质量就越大,加速需要的能量就呈指数级增长,想达到光速的99%,需要的能量差不多是整个银河系一年的总能量输出,这已经不是技术问题了,是能源文明等级的问题。

理论上“抄近道”的办法,到底有没有谱?

既然正常飞太慢,那只能看看时空能不能自己“折”一下。

如果一艘船从地球出发,要多久才能走出银河系?

曲速引擎这个概念最早是物理学家阿尔库贝利在1994年提出的,不是纯科幻,原理不是让飞船加速,而是把飞船后方的时空拉伸、前方的时空压缩,裹在一个“时空泡”里滑行,理论上是允许超光速的,而且不违反相对论,因为飞船在自己参考系里并没有超过光速。

但问题在于,曲速引擎需要一种叫负能量的东西,目前人类只在卡西米尔效应里观测到极微弱的负能量密度,离驱动一艘飞船差了不知道多少个数量级,而且维持曲速泡所需的能量,早期估算相当于木星质量全部转化为能量,后来虽然优化到了几吨级别,但依然遥不可及。

虫洞是另一个思路,把时空的两点直接打通,理论上可以瞬间跨越数万光年,但虫洞同样需要负能量来撑开“喉咙”,而且引力潮汐力极其危险,进去可能直接被撕成基本粒子,目前虫洞连一秒钟的存在都没有被实验证实过。

说白了,这些“近道”在数学上可能成立,但在工程上,我们现在连门槛都摸不到。

我们站在哪里?

写到这儿,我忽然觉得,银河系的大小不是一个用来“征服”的东西,它更像一个尺度标尺,让我们知道自己的渺小,也让我们知道物理学的边界在哪里。

人类文明从文字出现到今天,也就五六千年,而我们刚才算出的那些数字,动辄几十万年、几百万年、几亿年,走出银河系这件事,需要的不是一个天才或者一个朝代,而是整个物种在百万年尺度上的持续存在和技术接力。

这可能会让你感到沮丧,但我反而觉得挺踏实的,知道天花板在哪里,比稀里糊涂地自信要有意思得多,没人知道几千年后的文明会怎么看待“飞出银河系”这个念头,也许他们有我们完全无法理解的物理工具,但就此时此刻而言,在2025年的地球上,这是一个连光都要跑十几万年的地方。

而我们就住在其中一个盘旋的旋臂上,一颗小小的岩石行星表面,晒着一颗再普通不过的黄色矮星,正在琢磨这个银河系到底能不能走出去。

这事儿本身,就已经挺了不起的了。

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