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如果飞船只能飞几十个小时,我们真的能飞出银河系吗

前几天晚上我躺在床上刷手机,看到有人问:“几十个小时飞出银河系,可能吗?” 我当时差点把手机砸脸上——这问题问得也太直接了,但转念一想,如果真有这么一艘飞船,它得飞多快?我们坐上去会是什么感觉?我干脆爬起来算了算,发现这事儿比想象中还要离谱。

如果飞船只能飞几十个小时,我们真的能飞出银河系吗

先说清楚我们讨论的“银河系”到底有多大,我原来一直以为银河系就是个模糊的光带,直到看了NASA和欧洲空间局盖亚任务的数据才发现,银河系的直径大约10万到18万光年之间,主流天文学界取的值是10万光年左右,一光年是什么概念?光跑一年的距离,大约是9.46万亿公里,你坐高铁从北京到上海大概4个半小时,但光一秒钟能绕地球7圈半,用这个速度跑上整整一年,才走完一光年,而银河系的直径,是10万个这样的距离。

现在假设我们要在几十个小时里飞出去,取个中间值,假设50小时飞出银河系,为了简化,我们就从银河系中心出发到边缘,距离取半径5万光年,这里有一张表,我把它缩到人类能理解的范围里看:

参考对象 速度 跑完5万光年需要的时间
民航客机(900公里/小时) 约0.0000008倍光速 大约600亿年
旅行者1号探测器 约0.00006倍光速 约8.3亿年
目前人类最快的航天器(帕克太阳探测器) 约0.0006倍光速 约8300万年
50小时飞出银河系的理论速度 约870万倍光速 50小时

你看完这组数字就明白了,光速在银河尺度面前也慢得像个老牛拉车,要把5万光年的路塞进50小时,飞船的速度得是光速的870万倍,这个数字我算出来的时候反复确认了三遍,因为实在太大了。

爱因斯坦会不会掀桌子

如果真有飞船能达到这个速度,第一个跳起来的不是工程师,而是物理学家,爱因斯坦的狭义相对论说得很清楚:任何有质量的物体都无法达到光速,更别说超越光速,当你试图把一艘飞船加速到接近光速时,它的质量会变得越来越大,需要的能量趋向无穷大,这不是技术瓶颈,是宇宙本身设定的限速牌。

而且就算你真的魔法般地超过了光速,因果关系就会乱套,简单说,你可能会在你出发之前就已经到达——时间旅行式的悖论就冒出来了,物理学家们倒也不是完全没想过办法,阿库别瑞引擎”这个理论模型,它设想通过压缩飞船前方的时空、膨胀后方的时空来制造一个“时空泡”,飞船在泡里相对静止,但整个泡可以以超光速移动,广义相对论确实允许时空本身超光速膨胀,宇宙暴胀时期就是这么干的,但问题是,要让这东西工作,需要一种负能量密度的奇异物质,目前我们在实验室里连影子都没见到过,而且最新的理论计算表明,即使能造出来,维持时空泡所需要的能量可能相当于整个银河系质量的转化量——那还不如直接把银河系搬走算了。

如果飞船只能飞几十个小时,我们真的能飞出银河系吗

就算能飞,坐上去是种什么体验

我们暂且把物理学扔一边,假设有艘飞船真的能在50小时内飞越5万光年,你坐在里面会经历什么?

如果靠传统加速方式,瞬间加速到870万倍光速,过载力会把人体压成一层分子薄膜——航天飞机起飞时3倍重力加速度宇航员就已经脸变形了,而这个加速度根本没法用数字描述,因为它在已知物理中不可能存在,走阿库别瑞引擎路线倒是能避开过载问题,因为飞船在时空泡里是匀速或静止的,你甚至可以在舱里泡杯茶,但窗外的景象会极其诡异:前方的星光会被压缩成蓝紫色高能辐射,后方的星光则被拉伸到几乎看不见的红外波段,而正前方的宇宙背景辐射会因为你撞上去的每一个光子都蓝移到伽马射线波段,把你的飞船从里到外照个透亮——在烧毁之前你可能先被辐射杀死。

另外还有一个很少被提及的问题:导航怎么办? 银河系里可不是空荡荡的,有恒星、行星、气体云、尘埃带、暗物质团块,你以870万倍光速撞上一粒芝麻大小的星际尘埃,释放的能量差不多相当于一颗小型核弹,50小时的航程里,你几乎必然撞上无数这样的颗粒,就算飞船材料扛得住,传感器也根本来不及反应——等你看到前方有东西的时候,你已经撞上去几万次了。

把尺度拉回人间

其实问“几十个小时飞出银河系”的人,我猜多数是看了某些科幻片或者短视频,觉得银河系不过是个旋涡状的光盘,飞出它的边界应该就像飞机飞出云层那么简单,这种错觉我也有过,直到有次去天文馆,讲解员说了一句话把我钉在座位上:“如果太阳是一颗沙子,那最近的另一颗沙子离它有4公里远,而银河系是一片撒满沙子的沙漠,直径相当于地球到月球的距离。”

这就是银河系的真实尺度,它不是大,是空洞到令人窒息的大,几千亿颗恒星散布其中,每一颗之间的平均距离都以光年计,人类的探测器花了四十多年才刚刚飞出太阳系的日球层顶,而太阳系本身在银河系里的位置,大概相当于你站在天安门广场上挪动了半毫米。

写到这里我突然觉得,与其纠结怎么几十个小时飞出银河系,倒不如站在阳台上看看夜空,那些星星绝大多数都在离我们几百到几千光年之内,银河系的旋臂结构肉眼其实看不真切,但你盯着猎户座方向多看一会儿,确实能看到淡淡的银河流光,那一刻你知道,我们其实就活在银河系里,正在以每秒220公里的速度绕着银心飞奔,只是自己完全感觉不到,这场旅行已经持续了46亿年,我们连一张船票都没买过,就已经在深空里漂了这么久,这么一想,五十个小时还是五个亿年,好像也没那么重要了。

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