飞船在宇宙中航行没有阻力,是不是就可以一直加速直至光速了?忽视时间长短?

科学船坞


不能,飞船需要借助向后喷射物体来获得反作用力,也就是推力,即便是喷射粒子,也是需要喷射的,飞船所能携带的重量有限,当喷射结束后,拥有的速度就是最终速度。这里没考虑万有引力被吸到别的星球的情况。


张大伟94



宇宙空间每立方厘米只有几个原子,这就导致人类的探测器在理想情况下是能长期保持直线匀速运动的,旅行者一号升空42年来速度就始终保持在17km/s左右。

从实际情况来看,牛顿力学以及万有引力定律仍然是目前使用最频繁的理论,从阿波罗登月到旅行者一号利用引力弹弓加速再到洞察号着陆火星,这一切的背后用到的都是牛顿的万有引力定律而不是爱因斯坦的相对论,原因就在于目前的航天技术不配使用相对论,因为不论是火箭还是探测器,对相对论来说速度都太慢了。


爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论只有在接近光速的时候才需要用到。因此一旦有什么事情和“光速”产生关系,那么相对论就可以取代万有引力定律来解决问题了。

在几乎没有阻力的宇宙空间中,如果一艘飞船持续加速,那么随着这艘飞船速度不断向光速逼近,它的质量也会不断增加。这种看起来和匪夷所思的现象在上个世纪初就被爱因斯坦描述了出来,也就是著名的“质增效应”

根据质增效应,飞船的质量会因为接近光速而被急剧放大,想让质量已经增加了的飞船再进一步加速的话就需要更多的能量,而飞船在接近光速的过程中质量最终会变成无限大,反过来就需要无限大的能量来推动才行。

因此飞船再几乎没有阻力的宇宙空间中是不会无限加速到光速的。


宇宙探索未解之迷


按照牛顿力学,只要燃料充足,飞船的速度可以无限制上升,可以远远大于光速。但爱因斯坦的狭义相对论却否定了这个说法,并且由于相对论的出现,使得牛顿力学主要成为了描述宏观、低速世界的物理理论。

在狭义相对论中有质增效应一说,在地球参考系中,随着飞船速度的不断提高,那么飞船的质量将会不断增加,很容易理解,因为质量的增加,那么飞船的每一次提速所耗费的能量也将上升。

因为飞船质量会随着其速度不断逼近光速,而增加到无穷,因此从逻辑上来讲,飞船想要加速到光速是不可能的事情。

可能有朋友疑问了,你这是地球参考系得到的结论,但对于飞船内部人员来说,因为几乎可以认为内部人员与飞船不存在相对运动,因此飞船的速度在内部人员参考系上几乎是零,也就是飞船的质量不会增加,如果假定飞船能通过一些特殊的方式不断获取外部能源,那么飞船就能一直保持加速,只要时间足够,超过光速不是轻而易举吗?

如此一说,似乎飞船内部人员的说法和地球参考系出现了矛盾,为什么内部人员感觉飞船一直在稳定加速,但地球参考系却认为飞船不能稳定加速呢?(换句话说就是不能达到光速)

实际上,这是因为加速度在不同参考系下具有不同值(这就和各参考系时间不同一样,都有违日常生活经验)。

虽然飞船内部人员一直感觉飞船是在稳定加速(或者通过内部仪器测量,比如一直保持在一个g,相当于在飞船内部模仿了地球重力场),但这个稳定值只是在飞船内部成立,对于地球参考系来说,飞船加速度符合下图公式

飞船的加速度随着飞船速度的不断上升而下降,极限就是当速度趋向于光速时,加速度为零。很显然,飞船是没法达到光速的。实际上这也应证了质增效应对该问题的结论。

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赛先生科普


你的问题,我觉得用爱因斯坦的方程式可以回答E=mc².

其实不管你怎么飞行,忽略时间,最后的结果都是一样的,不可能到达光速。

我们根据方程来考虑,由于物质和能量的等价,那么物体由于它的运动具有的能量应该加到它的质量上去,有点绕口。

如果你是以光速的10%在飞行,你的宇宙飞船的质量只比原来增加了0.5%。

但是如果你加速到光速的90%,你得宇宙飞船的质量会比原来增加两倍多一些。

那么同理,当你无限的接近光速的时候,你的飞船的质量也会越来越大,这样就需要更大的能量来满足更快的速度。

简单的说,根据质量和能量等价的原理,宇宙飞船永远不可能达到光速,那个时候飞船的质量无限大,意味着你需要无限大的能量来推动它,这是不可能的。

所以根据相对论的原理,任何物体,不管你怎么飞,飞多久,都不可能到达光速,永远都是低于光速在飞行的。

比起光速飞行,制造虫洞星际航行会更快,就算达到了光速你想要跨越银河系也需要10万年,最新数据表明银河系可能比我们想象的要大也许直径有20万光年。

在刘老师的《三体》中,提到过曲率驱动,曲率驱动也许不会让你的宇宙飞船到达光速,但是却能让你的飞船以接近光速的速度航行。

至于曲率驱动到底讲的是什么,跟这道题没有太大关联,就不做解释了。

总之宇宙飞船单凭无限时间,就想加速到光速是一件不可能的事情。


晓丰读书


看了很多朋友的回答,感觉很奇怪,为什么大部分人都会纠结于相对论带来的质量膨胀效应呢?这明明只是物理极限的情况下才需要考虑的问题,在现阶段,包括在未来很长一段时间内,这个问题都跟相对论没有半毛钱的全系。因此,这个问题最直接最简单答案就是,人类的燃料不足以将飞船推动到更高的速度!

第一个问题:什么决定飞船的速度?

不管在地球上也好还是太空中也好,要想推动一个物体运动只有一个办法,那就是给它施加一个大于它质量的相反的力,这个施加力的速度决定了被推动物体的速度,这很好理解。譬如说你以每秒1米的速度推动一个桌子,那么这个桌子的速度最高只能达到每秒1米,高于这个速度你的推动力将不起作用。

在太空中的飞船也是一样,飞船燃料喷射的速度直接决定了这艘飞船的速度。即便是在太空中没有阻力,在不施加其他影响的情况下,这艘飞船理论上的极限速度也只能和它燃料的喷射速度持平,高于这个速度再多的燃料,再长的喷射时间也不起作用。

那么这就产生了一个逻辑上的悖论,先不考虑相对论的质量膨胀效应,如果你要想将一艘飞船加速到光速,是不是应该首先研究出喷射速度能达到光速的燃料?

第二个问题:现代人类火箭所能达到的速度极限是多少?

现代化学燃料喷射速度的极限大约是20千米每秒,这个速度决定了依靠化学燃料推进的火箭,即便是达到燃料喷射速度100%的理论值也只能达到每秒约20千米左右。

即便是现在还处于概念阶段的等离子发动机,其最高的喷射速度也只有300千米每秒,即便是若干年后这种发动机彻底成熟,经过N年的加速,也只能将一艘飞船加速至光速的1‰,跟相对论也没有任何关系。

第三个问题:什么样的推进方式才能使飞船无限的逼近光速?

现代大型强子对撞机已经能将一些粒子加速至光速的99.9%之上,在我们遥远的未来或许可能将这种方式用于推进一艘飞船。但也就是在这种物理极限的情况下,相对论的墙壁效应出现了,随着这艘飞船越来越接近光速,它的质量会迅速膨胀,即便是射出再多的粒子也不管用。

当然除此之外还有一些新奇的创意,譬如说光辐射飞船直接用光进行推进,或者通过黑洞巨大的引力进行引力弹弓加速。虽然光和引力的传递速度都是光速,但这两种仍然不能将一艘飞船加速至绝对的光速。

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深度科幻


说一大堆没用的,实际上要一直加速就需要一直做功维持加速度就要消耗燃料(能量),真空无阻力最多维持高速状态下的匀速运动,跟加速有啥关系?加速你得有加速度啊,要有加速度你就必须要做功啊。。。当然还会受到其他天体引力影响,想不消耗燃料一直做匀速运动也是不可能的[捂脸][捂脸][捂脸]简单的事情让你们回答得这么复杂


古龙松


原创思想,飞船在宇宙中航行没有阻力,是不是就可以一直加速直至光速了?忽视时间长短?我觉得飞船航行性的速度与光速的磁场性速度是不同层次的运动性速度的,是永远也不能加速到光速每秒的30万公里这个磁场性速度的,因为飞船是物质性物体性的,它的飞行是需要能源性材料性而带动的,是受限于物质性物体性运动性的质量性约束的,所以就无法可以加速到光速的这个速度而飞行了。但如果这只飞船是忽视时间长短的,以及不考虑源料的,而飞到离我们地球可视性的宇宙边缘这里的,而我们亦可观测得到的,那观测出来的结果这只飞船可能就是快于光速的或是超越光速的了,但同时这只飞船观测我们的这个太阳星球的运动性,亦是超光速的这种时空性的膨胀性状态性了,而其实一切的运动性都是以超光速的运动着了而又不是超光速的运动着了,而是时空的运动性扭曲性效应性等等而展现出来的了。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!


踏浪而来37326050


这个原理如同开车是一样的,我们开车速度越快,我们承受的空气阻力也会变得越来越大。但是在太空中是不一样的。由于太空是真空的环境,因此没有阻力让飞船减速,而旅行的一号在经过多次的绕行星引力加速后,它的速度变得越来越快,越来越快,最终它的速度达到了第三宇宙速度,也就是逃离太阳系的速度。

这个解释可能你会认为飞船一直加速会达到光速,实际上这是不可能的,我们知道太空没有阻力。因此飞船没法减速,如果我们飞船速度过快的情况下会和天地发生碰撞,最终变为一堆碎片,如果这样的话,那么我们人类未来的航天工程如何实施呢,原因在于宇宙中用一种天然的减速工具,那就是引力减速,可能你感觉到不可思议,但是引力确实拥有着减速的作用。

大多数的探测器包括未来的载人登陆的探测器,都必须应用引力减速的作用来实施减速,不然的话就会撞击行星成为碎片,但是引力减速并不是那么简单的,首先飞船必须进入行星的轨道,关闭发动机,关闭加速的一切装置,这样飞船受到引力的影响速度会变慢,然后会逐渐的被吸进去,这样探测器在飞入火星后,会打开降落伞进行安全的着陆。

如果一艘飞船以一个非常快的速度一直运转,并且一直飞的话它的速度会加速。变得越来越快,但是当他遇到一些流浪天体或者一些大质量天体的时候,他就会被天体的引力所影响,造成减速,那今天的旅行者一号,如果旅行的一号未来遇到一些大质量的流浪天体,当它的速度降到第三宇宙速度之下时,它将会被太阳的引力重新的拽回来!当然如果没有遇到天体,它依然无法达到光速,因为它会在大质量的作用下被肢解掉!物质是无法达到光速的,它无法承受强大的质量和能量!

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宇宙V空间


理论上当然可以,但需要能量。

这个能量是速度越快,所需的能量越大,越接近光速,能量的需求越趋近无穷大。

什么是无穷大?就是整个宇宙所有的能量加起来也不是无穷的,这就是一个悖论。

有什么人,或者有什么力量能够把全宇宙的能量集中起来呢?

这不是唬人的,爱因斯坦的相对论问世以后,已经一百多年了,开始质疑的很多,但经过100多年的反复试验和观测研究,无数次验证了这个理论的正确性,越来越多的人不得不信服这个理论。

科学家们在世界最大的加速器里,用所能给出的最大能量,也无法将一个电子加速到光速,只能无限的接近光速。

一个电子有多大?一根针尖上就可以站立亿万个电子。

一艘宇宙飞船有多大,还能够加速到光速?

光速是我们宇宙的极限速度,是不可超越的。当然这个不可超越是具有静质量的物质,不管这个物质有多大有多小,都无法超越。

光子没有静质量,所以才能达到光速。

光速限制公式表达为:E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2)

这个公式表达的是,静止质量为m的粒子以速度v运动时所需的能量。

从中,我们可以得出,速度越高所需能量越大,当v趋近于光速c时,能量趋于无穷大。

所以,要把一个有静质量的物体加速到光速是不可能的,这与时间长短无关。

这就是我们这个世界迄今为止必须遵循的法则,这个法则目前从理论上和实践上都没有突破。

未来有没有新的理论能够突破这个框框呢?谁也不知道。

但科学界认为,今后超过光速到达目的地还是有希望的,有两种方法有可能帮助人类突破深空远航的速度瓶颈。

一个是曲速航行,一个是虫洞穿越。

曲速航行是通过折叠时空的方法,使本来遥远的距离变得很近;虫洞穿越就像钻隧道,也是本来很远的路通通过抄近道变得很近。

这两种方法虽然都还处于科幻阶段,但理论上有可能是行得通的,由此许多科学家真跃跃欲试,NASA就有一个计划在执行中。

由于这两种方法实际上并不需要飞船行进速度真正的达到光速,而是通过缩地功和抄近道达到目的地,因此不违背光速藩篱限制。

这个问题时空通讯过去多有讨论,有兴趣的朋友可以查看我过去的文章,在此就不啰嗦了。


时空通讯


流浪地球”里面出现了许多外太空的场景,是否有很多人想去太阳系外看看?

根据电影的描述,我们需要2500年才能到达半人马座比邻星。

宇宙实在是太大了,尽管比邻星是离太阳最近的恒星,但以科幻小说的速度,我们需要2500年才能到达下一站。那么,我们真的不能突破极限,让飞船更快吗?

许多人会想:骑车时我们通常不得不用力推,因为地面上有摩擦。开车也是如此。如果你释放加速器太久,你也会在摩擦的作用下减速。

然而,太空中没有摩擦,离开地球后也没有重力。

如果宇宙飞船在太空中加速,那纯粹是加速。换句话说,只要它不超过光速,人类飞船就没有速度上限。那么,真的是这样吗?

我们的飞船真的能加速到光速吗?

首先,即使我们的航天器与地球分离,它也只是与重力分离。然而,重力只是一个微不足道的力。当宇宙飞船进入太空时,它必须摆脱更强的引力——太阳引力。

即使是40至50亿公里以外的天体,甚至数百亿公里以外的天体也受到太阳引力的影响,更不用说人类飞船了。

因此,航天器的加速度必须首先抵消太阳重力产生的反向加速度。这也是航天器的一个重要考虑因素。

即使宇宙飞船没有太阳的引力,它能无限加速吗?也不能。首先,加速需要能量消耗。对于我们目前的技术,航天器的最大限制不是速度,而是能量。

飞船携带多少能量决定了它能飞多远,需要多长时间,以及它会发回多少信息。

如果一艘飞船只是闭着头飞出,不给我们任何信号,那就没有任何意义了。

由于我们现有技术的限制,不可能建立更强大的能源供应系统。

因此,科学家必须分配使用电池能量的方式,以确保航天器在尽可能远的距离飞行时不会延迟执行其探测任务。

所以,我们不能让飞机加速太快。即使人类最近能开发出更强的电池,但这并不意味着航天器的飞行速度会有质的飞跃。

根据爱因斯坦的相对论,物体移动得越快,其能量就越大。根据质量能量方程,我们可以知道这个物体的能量越大,它的质量就越大。

回顾牛顿的经典力学,会发现这个物体的质量会增加,导致加速所需的能量会增加。

如果这个循环像这样继续下去,当物体接近光速时,它的质量将变得非常大,并且非常难以加速。

因此,随着航天器速度的提高,加速所需的能量将呈指数增长,我们的能源系统面临的挑战也将呈指数增长。

简而言之,通过简单的加速使飞船飞得更快甚至是超越光速是不太现实的。

为了突破太空,探索太阳系以外的世界,人类必须创造一套更先进的能源系统、电力系统甚至导航模式。


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