为什么有人说人类永远走不出银河系?:银河系,一个巨大的天体系统,最少由2000亿颗恒星组成,其直径长达16万光年。我们的太阳系就位于银河系的猎户臂上,距离银:
在太阳系中太阳带领着地球以及众多天体以每秒250千米的速度围绕银河系中心旋转,旋转一周需要2.2亿年。那么如此巨大的范围,人类能不能走出银河系,飞向更遥远的星空呢?
虽然目前人类飞行最远的人造物体,旅行者一号已经飞到了距离地球211亿公里外的星际空间,但是对于浩瀚的宇宙空间来说旅行者一号仅仅飞了20个光时,飞出太阳系的范围将需要上万年的时间。
而银河系厚度大约是3000光年,如果垂直向上飞,以我们目前依靠的化学动力火箭也是不可能离开银河系的,就算离开银河系也要达到第四宇宙速度,就是120公里每秒才能摆脱银河系的引力束缚。所以达到第四宇宙速度也需要几百万年。显然对于人类寿命只有几十年的时间而言,这是最致命的问题。
不过,如果能够接近光速飞行才有机会离开银河系,根据爱因斯坦的钟慢尺缩效应认为,当物体的运动速度越快时间会越慢,当达到光速时间会趋势与0,那么接近光速时间会非常的缓慢,3000光年或许仅要几年的时间。
然而亚光速要巨大的能量来支撑,人体根本承受不住这样的速度,因此穿越光年距离只能通过爱因斯坦罗森桥来实现了,也就是虫洞。看过星际穿越的朋友都知道,虫洞是将两个不同时空进行折叠,通过隧道来到达星际旅行,这样就不需要提高速速飞行来离开银河系了。
不过遗憾的是,目前为止科学家对虫洞理论还一无所知。
银河系是由恒星聚集形成的一个聚合体,主要成员就是恒星,银河系属于棒旋星系,在中心核球的两端延伸出主要由气体尘埃和恒星构成的旋臂,恒星主要都聚集在两条旋臂之上,而另外两条尚未完全形成。太阳系就是位于银河系的猎户臂上,这里是恒星的聚集区。
银河系最新数据直径20万光年,中心核球厚度大约1.2万光年,太阳系就位于距离银心大约2.6万光年的猎户臂上,正在以每秒大约250公里的速度绕银心运动,2.5亿年完成一个周期运动,太阳系形成至今绕银河系转动不到20圈。
说完银河系我们再来看一下太阳系的结构,太阳系作为一个恒星系主要以太阳为核心,之后是八大行星,而小行星带穿插其中。外层是柯伊伯带,主要是一些矮行星、小行星以及其它天体碎片等。在柯伊伯带外层有一个假想中的空间结构,被称为奥尔特云。奥尔特云被认为是长周期彗星的故乡,那里有着大量的太阳系形成初期的天体碎片。奥尔特云的直径大约是2光年,这个范围也就是太阳系的范围,这是按照太阳引力作用来确定太阳系大小的。
目前人类的科技已经实现了飞出地球,最远的足迹已经到了38万公里之外的月球,最远的探测器是旅行者一号,它已经飞到了220亿公里之外。旅行者一号是NASA1977年发射,用来探测土星、木星及其卫星的,任务结束后将继续向太阳系外飞行。目前它的速度已经超过了所在位置的第三宇宙速度,最终是可以飞出太阳系的。但是按照旅行者一号的速度大约需要17600年能飞出太阳系,之后会和太阳肩并肩绕着银心运动。
人类如果按照常规的办法连太阳系都很难飞出去,因为探测器不承载人,质量体积都可以很小。但如果是人类想要飞出太阳系,那么就需要维生系统非常好的宇宙飞船,目前的动力形式是没有办法实现的。至少也要等到彻底掌握了可控核聚变技术,这只是第一步让能量“源源不断”,第二步就是尽可能地加速,但是理论在那限制着,有静止质量的物质达不到光速,这才是硬伤。即使光速飞行都需要几万年才能飞出银河系。
当然还有一个好处就是超高速运动带来的时间膨胀效应,弥补了人类个体寿命的不足,很可能都不需要花费100年时间就可以飞出银河系,但是外界的时间流逝可能已经过去了几万年几十万年。最好的办法应该是曲率驱动可以达到光速甚至超光速运动,不然就是发现广义相对论预言的虫洞,穿过虫洞直接实现来到银河系之外的目的。
但是按照人类目前的发展,只有可控核聚变有机会实现,而曲率驱动和虫洞目前来看只是科幻,现实生活中是不能指望的。所以说人类要想飞出银河系真的是太难了,况且也没有任何的意义,因为银河系内有2000多亿颗恒星,足够人类文明来折腾了!
文/杜若,图片来源网络侵删。
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原创思想,为什么有人说人类永远走不出银河系?以现在人类的科技性是走不出银河系是有一定的道理了,但如果人类将来是能够发明创造出宇宙飞船的,而可以征服着浩瀚的太空时,那就不会有着这样的认为了。而到时是会有着许许多多的人,是会争着的愿意坐上这只宇宙飞船去畅游着宇宙太空的了,就算是进入到茫茫的太空中亦无所畏惧的了。而在宇宙飞船里,能够靠着尖端的科技性,而可以在太空中吸取着能量性的,而作为能够提供着宇宙飞船的能源性,以及又能够提供着飞船里面的人们生活的日常饮食等等一系列所需要条件的,那就会有可能的征服着太空了。当然这只宇宙飞船的科技性,如果能够使到飞船里面的人,不会有着生老病死的那就是最好的事情了,但就算不能使到飞船里面的人长生不死的,这亦要保持着这里的人能够生活到老的了,以及能够可以在飞船里是可以传宗接代的一代一代而传下去的,而将生命能够一代接一代的延续下去的,这样才能算是可以征服着太空了,否则就真的是人类是走不出这个银河系的了。好了,就回答的瞎猜到这里为止了,但不知是不是这样的认为,而下面就交给砖家们继续的讨论吧!
银河系直径10~18万光年的区间,我们处于银河系猎户臂内侧的边缘,距离银河系中心还有2.6万光年的距离。
按照类似旅行者一号的飞行方式,人类没有任何希望飞出银河系,甚至连太阳系都飞不出。
旅行者一号于1977年9月5日发射,装载着核动力电池的旅行者一号已经达到第三宇宙速度,目前已经飞出太阳系的主行星序列范围,进入奥尔特星云的星际空间,预计彻底脱离太阳的引力范围还需要数万年。
我们都知道银河系是个椭圆盘形的星系,圆盘的厚度远小于圆盘的宽度。银河系纵向厚度大约1000光年。横向宽度最小也有10万光年。横向飞出银河系起码需要两亿五千万年。
按照逃离银河系的第四宇宙速度计算。飞船起码需要120km/s的速度才得以摆脱银河系的引力束缚。
按照120km的秒速,飞行一年大约为3,784,320,000公里。一千光年约为9460730472580000公里。按照飞船的速度纵向飞出太阳系也需要250万年。
即便用上反物质推进器将飞船速度提高到亚光速,也会出现新的致命问题。
宇宙空间中并不是完全真空,除了正反粒子对的不断产生和湮灭,真空也存在氢元素等星际物质。科学家预算:星际空间中氢原子的密度大约是每立方厘米约1.8个。
飞船一旦达到亚光速,相对论效应将极其显著,按照尺缩效应,在飞船内的人看来:撞击他们的氢原子通量密度越来越大。
氢元素的能量和通量和飞船的速度并不是线性关系,而是指数增加的方式。飞船速度每提高1m/s,其带来的风险也是指数级增加。
氢原子通量密度的增加意味着氢气体会变成致命的辐射,这种强烈的辐射会破坏飞船内的电子仪器,并导致航天员死亡。
可以说,用传统飞船形式逃离银河系不仅在空间和时间尺度上不允许,在技术上也不允许。
超光速穿越目前只有两种,一种是曲速引擎,另一种是虫洞。
我之前发过一篇文章,系统论述了最新关于曲速引擎的研究。曲速引擎在理论上被否定了,因为要实现曲速引擎用到的能量恰好等于全宇宙的总能量,这在理论上是不可能的。
剩下的希望只能寄托于虫洞了。
但到目前为止,虫洞仍然只是广义相对论引力场方程的一个无用解,我们依旧没有找到虫洞存在的任何证据。
即便发现虫洞,要维持其“大门”的开启也需要足够的负能量。这对目前的人类来说还是天方夜谭的想象。
为什么有人说人类永远走不出银河系?其实这是一种基于现实科技水平的悲观性论断,的确从目前情况看,我们人类是不可能又出去银河系的,因为银河系太大了。
银河系属于棒旋星系,由恒星、行星、卫星、小行星、彗星、星云等组成,直径有16万光年。银河系里有数不清的恒星系统,每个恒星系统中心存在着一个恒星,也就是我们看到夜空中的星星,数量大约有4000亿颗。我们的太阳就是其中的一员,太阳系处在银河系的猎户座悬臂上,距离银河系中心2.5万光年,围绕着银河系中心旋转,速度高达220公里每秒,虽然速度很快,但2亿多年才会完成绕中心完成一圈。
我们人类现在对于宇宙的探索才刚刚起步,而载人航天最远也只是到达了距离地球38万公里的月球。上世纪70年代初发射的无人探测器“先驱者”10号、70年代末发射的“旅行者1号”都经过了40多年的运行,目前还都没有飞出太阳系,经初步计算,由于它们的旅行速度都超过了第三宇宙速度,是可以“逃逸”出太阳系的,但这个时间少说也得再需要上万年之久。
(旅行者1号探测器)
如果按照现在探测器的速度,要想从目前太阳系的位置向外走出银河系,至少需要9700万年,所以制约人类走出银河系的就是时间,而之所以需要这么长的时间,主要原因在于飞得太慢了,这还是建立在用无人探测器的速度来计算的,如果要是载人的话,各种生命支持系统必须要完备、各种补给也要历时,会进一步加大飞行载荷,依靠现有的能量供给模式,显然需要的时间更长。
但是也不能一棍子打死,毕竟人类的近现代科技发展才几百年,就取得了如此成就,对于未来科技的爆发时间段以及推动科技水平提升的动力能有多么强大,现在很难估计。我们现在正在进行的可控核聚变技术研发,就是一个可以改变能源供给模式,离我们最近、也是最有希望实现的技术突破,届时再依靠更加强大的发动机引擎技术,将会给我们的太空之旅一个明显的”加速”,我们探索太阳系的步伐会明显加快。但要是走出银河系,还是远远不够,需要我们的后代继续努力,创造出更加有效、更加节约时间的“旅行”模式。
(图片来自网络,侵删)
遇事不决,量子力学,量子君来回答这个问题。
只能说,以目前人类太空飞行技术,看起来是没有走出银河系的希望。可我们还是要有梦想,寄希望于人类航天技术飞越的未来。
银河系是我们太阳系所在的巨大星系,由上千亿颗太阳这样的恒星组成,据我国郭守敬巡天望远镜的观测,银河系的直径约为20万光年。也就是想要穿越银河系,即使是以光速,也需要20万年。从上图可以看到,太阳系在银河系中的位置,太阳和它的行星小伙伴们绕着银河中心运行,每一周期所需时间约为2亿年。
对于以万光年计算的距离,以光速都要飞行数万年,这对人类来说,简直无法想象。目前人类发射的旅行者系列飞船是地球上发射最快的飞船,也只能以光速万分之一的速度飞行。想要到达离我们最近的恒星,也需要4万年的时间,想要跨越具有千亿颗恒星的银河系,目前确实是天方夜谭。
人类的航天技术也在不断精进,目前可以期望的是未来百年内,通过核聚变实现光速十分之一的速度,这样只需要几十年,就可以到达半人马座恒星。至于更高速的飞行,就只能是存在于理论之中了,也许人类通过上万年的科技发展,能够达到接近光速的航行,但这对银河系以万光年计算的尺度来讲,也是难以跨越。
上面讲了,即使是人类实现了接近光速的航行,面对银河系的浩渺,也需要万年的飞行时间,这听起来也很可怕。路途太远,只能找出捷径,抄近路。好在爱因斯坦提出有虫洞一说,这种可以连接太空中遥远地点的假想通道称为“爱因斯坦-罗森桥”,被各种科幻作品广泛引用,透过虫洞,人类可以实现太空中的瞬间移动。
但虫洞目前只是爱因斯坦理论上的预言,是否存在,如何启动虫洞,人类都还一无所知。但考虑到爱因斯坦预言的引力波,黑洞,最近都不断在实验所验证,我们就深信爱因斯坦的虫洞早晚也可以实现吧。
38万公里之外的月球是人类目前去过最远的地方。随着宇航科技的发展,人类在宇宙中能飞多远?我们在未来可以飞出银河系吗?为什么有人会说人类永远无法飞出银河系呢?
探索宇宙,飞向星辰大海,这一直是人类美好的愿望。但宇宙实在太大了,人类或许会被限制在银河系中,很难在宇宙中飞得更远。
目前,人类只能依靠化学燃料作为宇宙飞船的动力来源。但化学燃料的效率非常低,一枚火箭的90%质量都被化学燃料所占用,最终也只能让小小的宇宙飞船加速到每秒十几公里的速度。虽然这个速度可以让宇宙飞船飞出太阳系,但却要耗费极为漫长的时间。
旅行者1号以17公里/秒的速度飞向星际空间,等它飞出太阳系时,已是1.8万年之后。这还只是半径1光年的太阳系,考虑到银河系盘面的直径至少为10万光年,就连银盘的厚度都有2000光年,秒速十几公里在浩瀚的宇宙中犹如蜗牛爬行。
事实上,如果没有持续的动力,每秒十几公里的速度根本飞不出银河系,这是因为第四宇宙速度高达550公里/秒。也就是说,包括旅行者1号在内的任何一艘宇宙飞船都无法飞出银河系。
然而,即便未来通过核能可以让宇宙飞船的速度加速到第四宇宙速度,飞出银河系的时间仍然至少需要几百万年,这样的星际旅行对于寿命只有百来年的人类而言根本不现实。当然,有些人可能会想到通过低温冷冻进行冬眠,但飞船上需要持续提供几百万年的能量,这是不现实的。而且离开银河系之间,星系际空间非常广阔,去往其他星系需要更长的时间。
因此,为了实现星系际旅行,需要解决时间的问题。根据相对论,时间在运动参照系中流逝更慢,通过时间膨胀效应,星系际旅行是有可能实现的。
通过计算可知,如果宇宙飞船的速度能够达到光速的99.999999999992%,飞到250万光年外的仙女座星系只需1年的时间。但对于地球上的人来说,宇宙飞船需要大约250万年的时间才能飞抵仙女座星系。
不过,这只是理想的情况,因为让宇宙飞船在短时间内加速到亚光速的状态,需要非常大的加速度,这是人体所无法承受的。
我们在地球上长期受到1g的重力,我们已经习惯了1g加速度的环境。因此,如果能让宇宙飞船一直以1g的加速度飞行,长期的太空旅行是可以承受的,而且这样也能实现星系际旅行。
通过计算可知,如果宇宙飞船以1g加速度持续加速125万光年,然后再以相同大小的加速度持续减速125万光年,这样宇宙飞船只要大约29年的时间就能飞抵仙女座星系。在这种情况下,结合冬眠技术,星系际穿越是可行的。
除此之外,更为高效的方法是通过虫洞。广义相对论预言,穿过虫洞,我们可以去往任意想去的地方。
随着科技的发展,我们人类也实现了“飞天的梦想”,对宇宙的了解程度也越来越深。
到目前为止,除了成功登上月球,距离我们最远的航天器旅行者1号也已经飞行到了距离地球200多亿千米之外的位置,未来人类在宇宙中探索还会继续前进,那么人类有可能走出银河系吗?
先来说一下太阳系,在天文望远镜还没有发明之前,我们对太阳系边界的认知只能到土星,所以那个时候大家认为土星轨道就是太阳系的边界。
后来在1781年威廉谢赫尔发现了天王星,太阳系的边界就自然的拓展到了天王星轨道;到了1846年海王星又被发现了,而太阳系的边界就又拓展到了海王星轨道。
1930年克莱德汤泊发现冥王星以后,太阳系的边界再次向外拓展,拓展到了冥王星轨道;后来上个世纪末随着人们对柯伊伯星带的研究不断深入,太阳系的边界又被拓展到了柯伊伯星带的边缘……
根据目前的观测数据,科学家们普遍都认为太阳系的范围是以奥尔特星云为边界的。奥尔特星云是一片包裹着整个太阳系的球体星云,主要由冰质天体组成,其半径约为1光年。
旅行者1号是截止到目前为止,人类发射最为成功的一艘探测器,在1977年9月5日发射升空,时至今日它在太空的总飞行距离超过了200亿公里,突破了太阳的日光层,厚度约为0.5天文单位。
但日光层只是位于柯伊伯带之中的一部分,柯伊伯带的直径为500个天文单位,即750亿公里,而且在柯伊伯带的外面还有一个奥尔特云,距离太阳大约50000~100000个天文单位,被认为是太阳引力和附近恒星引力的交界点,直径大概在2光年的范围。
换句话来说,人类要想飞出太阳系,只有离开奥尔特星云才算得上是彻底离开了太阳系。目前飞的最远的探测器是旅行者一号,当前速度为17km/s,但还需要2万年的时间才能飞出奥尔特云。
所以仅仅是飞出太阳系,对于目前的我们来说,毫无疑问是不可能的事。即便人类的探测器可以达到第三宇宙速度(从地球表面发射的航天器摆脱太阳引力作用所需的最小初速度,大小约为16.7千米/秒),要想逃离太阳系所需时间也是漫长的。
与太阳系相比较而言,银河系简直是太大了!目前认为银河系的直径在10到16万光年左右,而光年是衡量宇宙空间的一种距离单位,是指光(光的速度为30万千米每秒)在真空中一年所走过的距离。
银河系最少由2000亿颗恒星组成,具有巨大的盘面结构,有一个银心和四条旋臂,由恒星、灰尘和气体构成,盘旋在银河系中心,旋臂之间相距4500光年,而太阳系就位于银河系的一个猎户臂上,距离银河系中心大约2.6万光年,我们的地球又只是太阳系的一颗行星。
由此可以发现,我们人类要想在飞出太阳系都是十分困难的,更何况是银河系呢!
首先是宇宙飞船的燃料问题,人类目前只能依靠化学燃料作为宇宙飞船的动力来源。但化学燃料的效率非常低,一枚火箭的90%质量都被化学燃料所占用。
最后飞行器的速度还不高,而且要想走出银河系就需要很多燃料去支撑宇宙飞船的系统,唯一的方法就是用可控核聚变技术来解决能源问题,但显然这种技术在短时间内并不能实现。
根据主流理论,宇宙大爆炸之后,宇宙是在不断膨胀的,而在宇宙膨胀的过程中,银河系也在不断地扩大。
宇宙飞船的速度问题,目前人造物体的最高速度为帕克号太阳探测器的220km/s,但这个速度是靠金星引力弹弓换来的,并非发动机加速,连光速的千分之一都达不到,一光年的距离,我们的飞船都要飞几万年。
总而言之,宇宙实在是太大了,距离都是以光年为基本单位,所以说光速与宇宙相比简直是太普通了,以光速飞行我们都需要几万年的时间才能飞出银河系,但还有重要的问题,人类的寿命是有限的。
退一万步讲,就算离开银河系,由于光速的限制,通讯的时间又会翻倍,人类寿命太短了根本是不可能完成的事情,这样看来人类有可能会被限制在银河系内。
首先,“永远”两字太绝对了,毕竟在遥远的未来,人类科技到底发展到什么样的高度,没有谁能想象出来。事实上,不要说遥远的未来了,理论上我们连下一秒会出现什么都不能确定。
但基于目前人类科技发展高度来看,不要说飞出银河系了,我们甚至都不敢想象飞出太阳系,人类科技在浩瀚的宇宙面前显得太渺小了!
太阳系半径大约1光年,目前飞行最远的人类飞行器旅行者一号飞行了半个世纪才飞行了20光时而已,要想飞出太阳系至少需要上万年的时间。别忘了,旅行者一号飞船是一艘无人飞行器,如果有我们人类在上面,根本不可能飞行那么远!
旅行者一号飞船目前的速度大约17公里每秒,以这个速度飞行,永远也不可能飞出银河系。因为飞出银河系必须达到第四宇宙速度,大约120公里每秒。旅行者一号飞船飞出太阳系后也只能围绕着银河系中心飞行。
银河系直径大约20万光年,即使光速飞行,也需要20万年的时间(在人类眼里来看)。不过考虑到爱因斯坦相对论的时间膨胀和尺缩效应,如果速度非常接近光速,时间就会相对变慢,距离会缩短,理论上完全不用20万年,可以用更短的时间就能飞出银河系,这取决于到底有多么接近光速。
不过只有速度非常接近光速,相对论效应才会比较明显,而这通常需要极大的能量,在实际操作过程中是很难实现的。
也就是说,我们需要做到间接的“超光速”才有可能飞出银河系,好在大自然并没有完全禁止“超光速”的存在,比如理论上的曲速引擎和虫洞结构在未来都有可能是我们“超光速”飞行的方式。
银河系厚度3000光年,而人类目前还没有跨越1光天的距离,所以从目前的人类科技水平来看,人类的确无法走出银河系,不过科技是不断发展的,走出银河系并非没有一点可能。
人类目前飞的最远的飞行器是旅行者1号,飞出了220亿公里,信号传递回来就需要十几二十个小时,但是仍不足光一天飞行的距离(约260亿公里),旅行者1号尽管是几十年前的东西,可直到现在人类的航天技术也还没有颠覆性的突破,仍是靠化学能源推动,这种方式无法使飞船获得光速的千分之一,速度顶多是旅行者1号的几倍到十几倍,而太阳系、银河系没别的,就是大,都是以光年计算,如果不能突破现有的推进方式,飞出太阳系都是奢望,需要数千数万年时间才能出太阳系,飞出银河系那是想都不用想的事情,近乎妄想。悲观地看待人类科技的发展,就会得到人类永远也走不出银河系的观点,然而人类的优点是一直未曾停止探索,随着对宇宙探索的不断增加,将能认识到更多的宇宙现象,也能不断地提升自己的科技实力,没准就能找到离开银河系的方法。
任何时候的科技都有时代的限制,二战德国有很多开创性的设想,可那时候由于材料、能源等方面的不足,不足以支撑设想成为现实,可现在那时候的很多设想都已经成为了现实;10年前我们还在用着土鳖的直板机,一个用几年,现在每一年都有很多新手机产品出现,而且通信的质量和其他功能的发展也很快,用日新月异形容也不算夸张。在理论上,有冲动等特殊的宇宙现象,可以沟通两片星域,使飞行的距离大大缩短,如果能找到虫洞,就能用短得多的时间飞出银河系,不过也需要人类自身的科技实力有较大的发展,至少要抛弃现有的化学能源,比如用可控核聚变为能源,以曲率引擎为推进器,而可控核聚变目前已经看到了一些曙光,我国实现了5000万℃的百秒运行,可能在未来几十年人类就能用上可控核聚变产生的无限且清洁的能源。
以发展的眼光看问题,飞出太阳系乃至银河系只是个时间问题,不过这个时间跨度可能会非常大,至少我们是看不到人类飞行器飞出银河系的壮举,飞出太阳系倒是有一丝丝可能,霍金站台提出的“突破射星计划”就想建设激光矩阵,制造微型航天器,利用激光矩阵将探测器加速到光速的20%左右,就可以实现在几十年内到达4光年外的半人马三星系统。
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