银河系另一端到底有多远?我算了算,然后失眠了
昨晚躺床上刷手机,看到一条推送说天文学家又发现了一颗“可能适合人类居住”的系外行星,点进去一看,距离地球大约四万光年,在银河系的另一端,我当时心想,四万光年嘛,听着也就那样,翻了个身准备睡觉,突然脑子里冒出一个念头——不对,四万光年是什么意思?意思是光都要跑四万年,而我们造的飞船,连光速的零头都达不到。
一下子就睡不着了。
你可能也跟我一样,经常在科幻电影里看到飞船“嗖”一下穿过半个银河系,感觉跨星系旅行也就是睡一觉的事,但如果你真要规划一趟去往银河系另一端的旅程,用我们现在理解的物理法则来算,那个数字会让你重新认识什么叫“远”。
先搞清楚银河系有多大,我们所在的银河系是一个棒旋星系,直径大约10万到18万光年,什么意思呢?就算你以光速飞行,从这头到那头最少也要10万年,10万年是什么概念?人类这个物种出现在地球上也就30万年左右,你出发时候地球上的智人刚学会用火,等你到了目的地,地球上的人类可能已经演化成另一个物种了。
但问题是我们根本达不到光速。
现在最快的飞船,要飞多久?
说到速度,咱们得看看人类目前造出来的最快的东西是什么,不是汽车,不是飞机,是探测器。
1977年发射的旅行者1号,飞了四十多年,现在距离地球大约240亿公里,听着很远对吧?换算成光年的话,大约是0.0025光年,它在太空里孤独地飞了小半个世纪,连一光年的零头都没走出去。
旅行者1号的速度大约是每秒17公里,光速是多少?每秒30万公里,旅行者1号的速度差不多是光速的0.0056%。
用这个速度来算一笔账,你就知道什么叫绝望了。
| 目标 | 距离(光年) | 旅行者1号速度所需时间 |
| 比邻星(最近的恒星) | 24 | 约7万5千年 |
| 银河系中心 | 6万 | 约4亿6千万年 |
| 银河系另一端 | 约10万 | 约18亿年 |
18亿年,你出发的时候地球上的生物还都是单细胞,等你到了目的地,地球已经绕银河系转了快一圈了,这个数字太吓人了,我第一次算出来的时候反复确认了好几遍,以为计算器按错了。
有的朋友可能会说,旅行者1号太老了,咱们现在有更新的技术,确实,2018年发射的帕克太阳探测器最高速度能达到每秒约200公里,比旅行者1号快了十几倍,但即便如此,光速的0.067%,飞往银河系另一端也需要大约1500万年,寒武纪大爆发也就5亿多年前的事,1500万年在宇宙尺度上不算啥,可对人类来说,还是不可想象。
飞船本身怎么办?
就算能接受这个时间,下一个问题是:什么样的飞船能撑这么久?
咱们现在造的航天器,设计寿命一般就几年到十几年,旅行者1号飞了四十多年已经是奇迹中的奇迹了,它的很多仪器早就关掉了,只是因为惯性还在飘,你要一艘飞船连续工作几十万年甚至几千万年,这中间随便一个小零件坏掉就完蛋了,太空中一粒微陨石击中关键部位,或者电路老化短路,或者燃料管路堵塞——任何一种你在修车店遇到的破事,放大一亿倍放在太空里,都是不可修复的致命故障。
更关键的是能源,飞离太阳一定距离之后,太阳能电池板基本就废了,旅行者号用的是放射性同位素热电发生器,说白了就是靠核衰变的热量发电,功率会逐年衰减,飞个几万年,这点能量早就耗干净了,飞船就是一块冰冷的废铁,连信号都发不回来。
还有一个容易被忽略的问题:人,如果载人,这趟旅程跨度的不是一代人,是几万代人,飞船上得有一个完整的、能自我维持的生态系统,还要有社会结构,要繁衍后代,要教育下一代怎么开飞船,你想想,过了一千代之后,后人还记得这趟任务的目的是什么吗?他们会不会觉得“银河系另一端”是个祖传的都市传说?
有没有更靠谱的办法?
那就得看物理学家们脑洞大开的那些方案了。
核聚变推进是目前看起来相对靠谱的方向,理论上聚变推进能达到光速的5%到10%左右,用这个速度,到银河系另一端“只要”100万年到200万年,相比18亿年,这已经是骨折价了,但聚变推进目前还搞不定,不是造不出来,是控制不住,地球上搞可控核聚变都费了老劲,想在飞船上稳定运行几十万年,难度比登天还难。
反物质推进那就更科幻了,物质和反物质湮灭能释放所有燃料里最高的能量密度,理论上能把飞船推到接近光速,问题有两个:第一,生产反物质效率低到离谱,目前全世界一年造出来的反物质加起来不够点亮一盏灯泡的;第二,就算造出来了,怎么储存?你得用磁场把它悬在真空里,跟空气一接触就湮灭爆炸——这事儿搞不好真就“船毁人亡”了。
至于曲速引擎和虫洞,虽然《星际迷航》和《星际穿越》看得很爽,但目前纯属数学上的可能性,没有任何实验证据表明时空可以被这样折叠,爱因斯坦的广义相对论确实允许“时空折叠”这种解存在,但那需要一种性质诡异的负能量物质,到底存不存在?不知道,就算存在,怎么搞到足够多的量?更不知道,2013年有个叫哈罗德·怀特的研究员在NASA搞了个小实验,试图在实验室里产生微弱的时空弯曲,动静挺大,结果啥也没测出来。
换句话说,目前所有“跨越银河系”的办法,要么是理论上的空中楼阁,要么面临工程上几乎无法逾越的鸿沟。
那想这些还有啥意义?
其实想一想,人类干过很多“出发的时候不知道能不能到”的事情,波利尼西亚人划着独木舟横跨太平洋的时候,不知道前面有没有岛屿,很多人确实死在了海上,但总有一批人到达了复活节岛、夏威夷、新西兰,他们出发时候的勇气,和今天计算这些数字时候的绝望,其实是一回事。
旅行者1号飞了四十五年,连奥尔特云都还没摸到边,但它已经进入了星际空间,它是人类造过的离家最远的东西,每次想到这一点,就觉得那点绝望好像也没那么重要,算出来的数字虽然吓人,但人类本来就不太擅长按计算结果过日子,要是按计算结果,波利尼西亚人压根就不该下海,莱特兄弟那俩修自行车的也不该捣鼓飞机。
银河系另一端,现在看像是永远到不了的地方,但如果有一天,人类真的把一艘飞船送出去了呢?哪怕它要飞一千万年,哪怕出发的那一代人明知自己看不到终点,但只要有人愿意点火,这件事本身就挺酷的。
说实话,算完这些数字之后我反而睡得踏实了,因为宇宙不在乎我们的时间观念,而我们反正从来也没在乎过宇宙的,想去就去,大不了路上多花点时间。
