以 0.9 倍的光速飛行會怎樣?NASA 發布影片說明可能的狀況

星際旅行是人類長久以來的夢想,儘管根據狹義相對論,物質是無法超越光速的,但以接近光速的速度移動是理論上可行的。NASA 近日發布一段影片,想像以 0.9 倍光速星際旅行的狀況。

以 0.9 倍光速旅行,會遭遇時間膨脹、星際物質的難題

該影片談到,以 0.9 倍光速飛出太陽系、飛到最近的恆星 – 半人馬座 α 星、最近的星系 – 仙女座星系,以及最遠的星系 GN-Z11 的所需時間。雖然 0.9 倍光速聽起來很快,比人類現有太空載具的速度快上大約 1 萬倍,但宇宙更大。光是要穿越歐特雲,飛離整個太陽系就要大約 1 年半的時間,到最近的恆星大概是 4 年,最近的星系要百萬年,最遠的則 30 億年左右。

除此之外,最算能把太空船加速到 0.9 倍的光速,還有很多挑戰需要克服。除了食物與燃料問題之外,還有時間膨脹、星際物質防護、通訊技術等問題。根據狹義相對論,一個坐標系的速度愈快,它的時間就會相對其他的坐標系慢;若速度為 0.9 倍光速,時間就會比外界慢個 2.3 倍,也就是太空船的 1 年相當於地球的 2.3 年,造成時間不同步的狀況。

此外,宇宙並不是完全真空,星際之間仍然有許多的物質,就算只是小粒子,但以 0.9 倍光速撞擊仍會對太空船造成損害,因此太空船需要有防護技術。而且人類發射太空船的目的並不是自嗨,而是科學研究,太空船勢必要能夠蒐集資訊,並且將訊號回傳地球,需要極高的能量。

霍金曾宣布突破攝星計畫,讓飛行器以 0.2 倍光速飛往半人馬座 α 星

然而以上的情境並非完全空想,人類真的有在執行類似的計畫。2016 年,物理學家霍金(Stephen Hawking)與投資人 Yuri Milner 共同宣布啟動突破攝星(Breakthrough Starshot)計畫。該計畫是研發名為星片(StarChip)的光帆飛行器。該飛行器的尺寸約數公分,配有 5 公尺的光帆,先由母艦發射到地球軌道後,再透過雷射加速到 0.2 倍的光速,飛行 20 年到半人馬座 α 星,並在抵達之後,傳輸資料到地球。資料到地球需要約 4 年的時間。

但要驅動這樣的飛行器就要約 1 兆焦耳的能量,就算發射成功並順利飛到半人馬座 α 星,傳資料回地球也要龐大的能量。飛行器要如何產生能量,以及地球能否接收也是個問題。而載人的太空船難度又更高了,除了發射的能量,要如何讓人在船上活個幾年,甚至是繁衍後代,這難度根本無解啊!

參考資料

Science Alert》、《Business Insider

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:Wallpaper Flare CC Licensed

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