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【腦洞系列】一艘以恒定加速度無限加速的飛船,跨越145億光年僅需多久?答案是:45年

目前, 人類常用的航太飛行運載工具是火箭, 而每當看到火箭載著探測器或宇航員奔赴無垠宇宙時, 很多人心中都會出現一個疑惑:如果燃料無限多, 理論上航天器是可以無限加速的, 那麼在加速的過程中會有什麼樣的奇妙經歷呢?

現在, 假如我們將飛船的加速度設定為9.81米/平方秒, 也就是和地球表面的重力加速度相同, 那麼隨著飛船速度的不斷提高, 它的速度最終將無限接近光速, 狹義相對論中提到的時間膨脹效應也會非常明顯的作用在飛船上, 如果有幸從地球的角度看這艘飛船就會發現, 飛船周圍的時間迅速緩慢, 周圍的空間極速縮小。

倘若我們的目的地是距離太陽1光年左右的奧爾特雲, 那麼我們要考慮的不是需要多久才能到達, 而是需要調轉引擎噴頭減速以免飛過了, 畢竟它到地球的距離從天文學尺度上看實在太近了,

乘坐這樣的飛船大約只需要1年左右的時間。

當我們穿過厚厚的奧爾特雲時, 下一站將會是距離太陽系最近的恒星系統——半人馬座, 那裡有著三顆恒星的蹤跡, 持續加速的飛船到那裡只需要4年多的時間。

再比如我們要去往1000光年外的獵戶座星雲。

可能剛看到1000光年這段極為遙遠的距離就已經讓你眼暈了, 但你暈的或許有些早了, 因為跨過這段漫長距離的時間並沒有你想像中的那麼長。

隨著飛船越來越接近光速, 從窗戶中看到的景色會逐漸變得扭曲, 飛船和目的地之間的距離也在不斷地被壓縮、拉進。

此時飛船上的乘客會覺得自己的時間仍然在正常的流逝, 但如果有人此時從地球上觀察的話就會發現, 飛船內部所有人的動作已經變得非常緩慢, 眨個眼或咧嘴笑這種原先瞬間就能完成的動作, 現在需要幾天的時間來完成。

當飛船成功抵達1000光年外的獵戶座星雲時, 飛船內部計時裝置顯示的飛行時間應該是15年左右。

到達了獵戶座星雲, 我們的下一個目的地將是銀河系中心繁茂的區域, 那裡有數十億顆恒星正圍繞著一個超大型的黑洞旋轉, 如果運氣夠好我們或許還能看到黑洞吞噬恒星的驚人景象。

由於銀河系中心距離太陽約2.5萬光年,如此遙遠的距離可能會讓你覺得有生之年根本無法到達,但別為此擔心,因為無限加速的飛船到那裡僅僅需要20多年的時間。

將要和銀河系發生「碰撞」的仙女座星系是本星系群中最大的星系,它的直徑幾乎是銀河系的2倍,距離地球約250萬光年。

如果飛船以1G的加速度飛行,即便是算上中途飛船減速的時間,到達那裡也僅僅需要30多年,根本不必擔心有生之年到不了那裡。

250萬光年的距離只需要30多年,那保持這個速度一直飛行下去最終會到哪裡呢?若我們將可觀測宇宙看作一個半徑為460億光年的球體,那麼我們以1G(9.81米/平方秒)的加速度飛行22.5年,然而再花22.5年的時間減速所能到達的最遠距離是——145億光年。

更直觀的說,倘若我們乘坐這樣的飛船在宇宙中飛行45年,那麼圖中紅色圈內的任意一個星系我們都能夠到達。

需要指出的是,即使以接近光速飛行,你也永遠無法達到宇宙邊緣,由於宇宙正在加速膨脹,超出這個范圍之外的星系,遠離我們的速度已經超過光速。

亞光速航行是一場名副其實的單程旅行,一旦踏上這艘飛船,你就註定將和地球親人永別。即使你出發幾十年後改變主意並中途返回,地球也已經發生滄海桑田的變遷——數十億年一晃而過,太陽或許都變成了紅巨星!

由於銀河系中心距離太陽約2.5萬光年,如此遙遠的距離可能會讓你覺得有生之年根本無法到達,但別為此擔心,因為無限加速的飛船到那裡僅僅需要20多年的時間。

將要和銀河系發生「碰撞」的仙女座星系是本星系群中最大的星系,它的直徑幾乎是銀河系的2倍,距離地球約250萬光年。

如果飛船以1G的加速度飛行,即便是算上中途飛船減速的時間,到達那裡也僅僅需要30多年,根本不必擔心有生之年到不了那裡。

250萬光年的距離只需要30多年,那保持這個速度一直飛行下去最終會到哪裡呢?若我們將可觀測宇宙看作一個半徑為460億光年的球體,那麼我們以1G(9.81米/平方秒)的加速度飛行22.5年,然而再花22.5年的時間減速所能到達的最遠距離是——145億光年。

更直觀的說,倘若我們乘坐這樣的飛船在宇宙中飛行45年,那麼圖中紅色圈內的任意一個星系我們都能夠到達。

需要指出的是,即使以接近光速飛行,你也永遠無法達到宇宙邊緣,由於宇宙正在加速膨脹,超出這個范圍之外的星系,遠離我們的速度已經超過光速。

亞光速航行是一場名副其實的單程旅行,一旦踏上這艘飛船,你就註定將和地球親人永別。即使你出發幾十年後改變主意並中途返回,地球也已經發生滄海桑田的變遷——數十億年一晃而過,太陽或許都變成了紅巨星!

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