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航天器飞行时没有阻力,理论上可以一直加速,为何科学家不愿加速

最近《流浪地球》非常火热,很多人都想到太阳系外去看一看吧?

根据电影的描述,我们想要抵达比邻星,需要2500年。

不得不说,宇宙实在是太大了,尽管是距离太阳最近的恒星,我们用科幻小说里的速度,也要2500年才能够抵达下一站。

那么,我们真的就无法突破极限,让航天器的速度更快一点吗?

很多人就会想到:我们平时骑车要一直用力蹬,是因为地面有摩擦力。开车也是一样,如果松开油门太久,也会在摩擦力的作用下减速。可是,宇宙空间并没有摩擦力,离开地球后也没有了地心引力的作用。如果航天器在宇宙空间加速,那就是纯粹的加速。换句话说,只要不超过光速,人类的航天器并没有速度上限。

那么,情况真的是这样的吗?我们的航天器真的可以一直加速、达到光速的级别吗?

首先要说,即使我们的航天器脱离了地球,也只是摆脱了地心引力而已。然而,地心引力只是一种微不足道的力。当航天器来到宇宙空间,还要摆脱更强大的引力——太阳引力。

即使是四五十亿公里甚至上百亿公里以外的天体,也受太阳的引力作用,更不用说人类的航天器了。所以,航天器的加速度,首先要抵消掉太阳引力产生的反向的加速度才行。这对于航天器来说,也是一个重要的考虑因素。

就算航天器没有太阳的引力,它就可以无限加速吗?

也不可以。

首先,加速就要消耗能量。对于我们目前的科技来说,航天器最大的限制不在于速度,而在于能量。航天器携带的能量多少,决定了它能飞多远、用多久、传回来多少信息。

如果一个航天器只是闷着头往外飞,不给我们传回来任何信号,那就没有任何意义了。由于我们目前科技的限制,还无法制造出更强的能源供应系统。因此,科学家必须分配好电池电量的使用途径,确保不耽误航天器执行探索任务的同时,尽量飞得更远。因此,我们就不能将飞行器加速地太快。

即使人类最近能够研发出更强的电池,也不代表航天器的飞行速度就能有一个质的飞跃。

根据爱因斯坦的相对论,一个物体的速度越快,它的能量就越大。而根据质能方程我们可以知道,这个物体的能量变大就会导致它的质量变大。

回过头来再用牛顿的经典力学来看就会发现,这个物体的质量增大,导致加速需要的能量会变大。如此循环下去,当这个物体接近光速的时候,它的质量将会变得极大,极难被加速。

因此,随着航天器速度的提升,加速所需要的能量将成指数倍增长,对于我们的能源系统挑战也会指数倍增加。

总之,想要通过简单的加速让航天器飞得更快,是不太现实的。人类必须创造出一套更先进的能源系统、动力系统甚至是航行模式,才有可能突破宇宙空间,探索太阳系以外的世界。

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