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人类注定无法离开本超星系团吗?

这里的本超星系团指的是银河系所在的超星系团。

因为本超星系团质量极高,脱离其引力必须有极高的速度,接近于光速。想要脱离本超星系团,似乎必须颠覆一系列阻碍我们达到此目的的物理定律与科学观。

事实是,在目前已知的物理法则下,星际航行没有任何可能,人类连最近的比邻星在理论上也不可能到达。有着无数不可突破的限制:

动力能源问题。目前没有任何已知的能源,支持星际航行。依据动量原理和推重比分析,核聚变仍然是远远不够的,唯一的可能是运用设想中的反物质,然而反物质很可能是根本不可行的,无论是制备难题还是储存需要的绝对真空;

星际尘埃的撞击。星际空间稀疏的分布着中性氢原子。百分之几光速高速航行,这种情况下一个基本粒子的撞击都会对船体材料造成损坏,然而是否存在能胜任星际航行的材料?很可能并不存在,材料学是有上限的。而且撞击带来的不仅有损害,还有阻力。

材料学的物理上限。原子之间被四大基本力之一的电磁力聚合,而电磁相互作用力的强度是有上限的,从而材料学是有上限的。而理论极限下的宏观材料强度在宇宙航行面前依然远远不够看,从而引擎和船体材料遇到了不可逾越的困难;

飞船材料的老化熵增。根据熵增原理,任何事物都会自发熵增,从有序向无序发展。熵增原理具体到飞船,就是老化,损坏。无论多么坚固的材料和器件,都必然会随时间不可逆转,不可避免的微观、宏观结构发生改变,从而损坏,尤其在复杂精密系统中,这个效应将大大加剧。越是精密有序的事物,向无序和损坏发展的趋势就越大。何况,加上宇宙中无处不在的高能射线,会以一个更快的速度损坏。地球上的核裂变反应堆,在不断维护和更换零件的情况下,寿命也就是30-40年罢了。而核聚变过程中,产生的伽马射线、高能中子等辐射比核裂变只多不少,撞击并损坏容器,所以核聚变堆寿命可能只会更短。

任何事物都逃不过这个过程。比如一块金片、一块铜片,两者紧贴在一起,放50年再去看,就会发现金和铜已经融在一起了。这就是分子的自发扩散、熵增过程。也就是说,若你不投入大量物质、能量去维护,几十年上百年,可能电线的各种金属、镀层都会损坏甚至融成一团。这仅仅只是最简单的电线,上百年都会坏。更不用说更精密的各种电路机械了。而且与地球上不同,飞船是孤立封闭系统,没有外界能量物质投入,熵增是不可逆的。

以1%光速,去最近的比邻星需要400年,所以飞船需要非常多的物质余量、能量余量和维修系统,来应对熵增老化。但这又大大加倍了飞船质量,从而 需要更多的燃料,更多的燃料带来了更多的质量,又需要更多的燃料......最终燃料叠加到一个根本无法实现、不可思议的地步。

核聚变是做不到星际航行的。具体可以看一下这个摘自钱学森《星际航行概论》的分析:

在资源耗尽前,人类能开启星际时代吗,否则是否会被困死在太阳系? - 知乎

而且这个仅仅是考虑了加速阶段,分析了推重比,就决定了不可行。再考虑减速,你还要再来一倍。还没有考虑星际尘埃的阻力,星际尘埃撞击对船体破坏,飞船材料部件引擎老化所需要的更换,现实中核裂变发电堆都要定期维护更换。你航行几百年,备用引擎至少要换十几个。各种质量加起来所需要的燃料.....有可能把地球所有核聚变燃料都烧了都不够。

因为哪怕1%光速都难以维持,所以根本用不到相对论和光速限制出面。只用看能量守恒、牛顿定律、动量定律、熵增原理....就够了,无论哪个定律都属实难顶。直接给星际航行判了死刑。这也是费米悖论的解释之一。

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