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人类能突破光速吗?目前已知最先进的探测器,达到192秒/千米!

许久以来,人们都对头顶浪漫的星空充满了向往。无论身在何方,人总是处在同一片星空之下,在一个个安静的夜晚,当人类抬头凝视黑夜,总能看到点点繁星闪烁。

从前,我们只能在地上凝望星星和月亮,在脑海中构筑一幅美丽的画卷。直到现在,随着科学技术的发展,我们终于脱离了引力的束缚,找到了探索星空的途径。

也正是这个时候,我们才发现,夜晚的繁星与我们的距离远比我们想的还要遥远,地球上通用的米、厘米、千米这样的计量单位已经很难用来形容人与星河之间的距离,为了便于计量,科学家开始用光的速度来作为标准,来计算从地球到其他星球之间的距离,将光在真空中传播一年所能前进的距离称为1光年,大概有9.46万亿千米。以人类目前现有的技术水平来说,这绝对是一个相当远的距离了。

从陆地到星河

在科技还并不发达的时候,人类就已经对天上的世界产生了奇妙的幻想。无论是后羿射日,嫦娥奔月,还是在牛郎织女的故事里,王母娘娘拔下簪子画出银河,亦或是国外古希腊哲学家对宇宙的本源的思考和探索,无不体现者古代人类对天空的好奇。

尽管由于技术的局限,他们没办法去探明太阳,月亮和星星,但是他们用一种奇妙的想象弥补了这份空白。

从地心说到日心说,从狭义相对论到广义相对论,再到之后的宇宙大爆炸理论,人类对于宇宙的探索和认知是一个推翻又重建,逐渐完善的过程。

直到上个世纪50年代,由苏联制造的第一颗人造卫星进入太空,人类才慢慢开始能够对宇宙进行比较直观的探索研究。

发展到现在,人类对宇宙的探索也不过才持续了70多年的时间。

相较于宇宙庞大的体量来说,70余年的时间实在是很难让人类有一个全面的了解。但是在这几十年的时间里,人类也掌握了不少宇宙的秘密。

要离开地球,就要摆脱地心引力的束缚。当物体的秒速度超过7.9千米时,该物体此时会受到向心力的影响,绕着地球运动。

而这一速度也并非绝对,在赤道附近,这个速度要求可以降低到每秒钟7.4千米,同时,这一速度指的是物体贴地表的飞行速度,而一般飞行器会上升到距离地表大约150千米的高空,这里受到的地心引力的作用也会小一些,此时的速度要求是每秒钟7.8千米。

如果要离开地球轨道,就要彻底摆脱地球引力的作用,此时物体的运行速度就需要达到每秒钟11.2千米,而要脱离太阳系,则需要摆脱太阳的引力,太阳的引力约为地球的33万倍,此时,物体需要更大的速度来摆脱引力作用,必须达到每秒钟16.7千米以上。

当然,太阳系之外还有银河系,星系团,超星系团等等,要摆脱这些系统的引力作用,物体需要更大的速度才能脱离出这些系统。只不过由于人类科学技术的局限,无法探测到更遥远的距离,因此这些数据目前还没有办法被计算出来。

宇宙并不是完全静止的,而是时刻处在运动之中。因此人类探测宇宙距离的主要方式就是红移。从生活经验中出发,车辆向我们行驶和车辆向我们远离的时候,人类所能接受到的声波是不同的,因此可以通过声音分辨出汽车是来还是去。

红移有点类似这个原理,只不过接收对象从声波换成了光波,通过波长的变化,并结合其他数据来判断距离的变化。通过观察人类所能探测到的最边缘星体的光波变化,我们大致可以推算出这一部分宇宙的直径。

现在流传比较广的理论之一就是宇宙大爆炸学说,大概是说,几百亿年以前的宇宙和今天的宇宙大不相同,那个时候各星球之间的距离相对于今天来说还是比较近的。

后来,由于一场宇宙爆炸,各星球之间互相远离,而这些星球的远离速度随质量不同也有所不同,但基本每秒钟都可远离千米以上。

直到现在,宇宙膨胀这一过程依旧还在进行着。倒推回去,在千百年以前,各个星体之间的距离会比我们今天所看到的星体距离要近许多,那么我们的祖先抬头所能看到的星空,或许会比我们今天所能看到的更为明亮皎洁,更加震撼人心。

从陆地到星河,人类将瑰丽的想象变为实际,花费了千百年的时间。当人类终于进入到那片灿烂的星河中时,他们才发现那些夜晚闪烁着微弱光芒的星星居然如此巨大,而人类与星河的距离又是那么遥远。

当人类接触到这个全新的领域时,才发现这一领域远比人类想象的更为雄伟壮丽,在这份亘古的浪漫之下,还隐藏着许多秘密等待人类的进一步探索。

光年之外的宇宙

在科学家眼中,光速不只是一个代表光的传播速度的数字,更是目前速度的极限值。这意味着,至少以我们目前所具有的科学技术水平来说,超越光速是不可能的事情。

从我们的生活经验出发,物体运行的速度越快,其造成的破坏就越大,被行驶中的汽车撞一下和被行驶中的自行车撞一下后果是截然不同的。

而原因也不难理解。汽车本身质量大,而且由于其要保持较高的运行速度,必然需要更大的动力,因此会有更强大的动力势能和惯性。这些所有的势能加起来就是最终汽车的总质量。所以,物体运行的速度越快,那么自身的质量也就越高。即便是最为微小的电子,要达到光速所需要的动力也需要1045亿电子伏特以上,这是以目前技术来说人类无法提供的能量。

在现在最为先进的对撞机中,粒子的速度已经非常接近光速了,最快的速度甚至只比光的秒速慢了3.6毫米。看起来很小,放在光速里似乎可以忽略,但就这么一个微小的差距,却是人类始终无法突破的极限。

2011年关于中微子速度超过光速60纳秒的报道,最终经过半年排查也最终确认是因为电缆松动导致的实验结果误差。

而即便人类突破了技术局限,超过光速的粒子也会和光子作用,产生中性π介子消耗粒子的能量,直到粒子的运动速度降低到光速以下。

因此,目前来说,在现实世界中,光速是物体的极限速度,大约为每秒钟30万千米。

同时,又因为宇宙体量太过庞大,各个星体之间的距离也相距甚远,以普通计量方式计算距离未免有些繁琐,于是科学家最终选定了人类世界的极限速度作为天文学中的计量单位。以光在真空中一年所能传播的距离为标准,将之称为光年,1光年大约是9.46万亿千米。

目前人类所能观测到的宇宙直径范围大约是930亿光年。而银河的直径大概在10万到18万光年之间,其中包含几千亿个恒星,共同构成了一个庞大的恒星体系。而在人类目前所知银河系内,根据推测,至少会存在2,000亿个像太阳这样的恒星系。而太阳系距离银河中心,大约有2.6万光年。这样的数字对于人类来说实在是难以想象的。

随着科学技术的进步,人类可以观测到的银河系的范围只会越来越大,即便如此,人类倾尽全力所能窥测到的范围也只不过是冰山一角罢了。

根据科学家的估算,太阳系的半径大约为1~2个光年。也就是说,如果我们想要探索太阳系之外的世界,那么至少要跨越过一光年的距离。依照我们目前的科技发展水平,去探索太阳系之外的世界是一件成本极高的事情。

如果不考虑其他,单就时间来看,如果一辆汽车每小时能行驶100千米,那么这辆汽车需要以这样的速度昼夜不停地行驶1080万年才有可能驶出太阳系。

这样的速度还是太慢了,目前世界上最先进的探测器是由美国发射的帕克太阳探测器,最快速度可以达到每秒钟192千米,而帕克太阳探测器平时的前进速度大约在每秒钟109千米,预计在2025年可以到达离太阳大约620万公里的地方进行资料收集和数据分析。

帕克太阳探测器是目前人类造出的速度最快的飞行器,按照它的速度来讲,昼夜不停匀速飞行,飞出太阳系的时间也需要2748年。

但是考虑到实际情况,设备无法提供源源不绝的动力,同时也要考虑到相关部件的磨损情况,走出太阳系到目前为止也还只是一个空想而已。也许随着人类科学技术的进步,在不久的将来,人类能够研制出速度更快的飞行器,来去往宇宙的更深处进行探索。

但是,这无疑是一个长久的工程,或许人类还需要千百年的努力,才能接近太阳系的边缘。子子孙孙无穷尽也,也正是因为这些一脉相承的努力与坚持,人类才有机会去触碰更多的真理。

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