03.05 为什么有人说人类永远走不出银河系?

遍地黄金888


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。


火星一号


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,距离银心大约2.6万光年。

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。


宇宙探索未解之迷


遇事不决,量子力学,量子君来回答这个问题。

只能说,以目前人类的太空飞行技术,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。


量子实验室


在未来是完全有可能的,不过在现今科学理论下,人类离开银河系的成本实在太高了,除非物理学来一次全新的革命。目前人类已经探明,我们银河系的直径大约有20万光年,人类的探测器克服太阳引力后,速度最快的是旅行者一号,速度达17km/s,但还是远远达不到银河系的逃逸速度。 据估计,在太阳系位置,银河系的逃逸速度大约为110~120km/s,人类目前的技术,还达不到如此高的发射速度;就算达到了逃逸速度,从地球飞出银河系也需要2亿年的时间,这样的时间成本太高了。目前科学中的两大基础理论,是量子力学和相对论,相对论存在光速限制,这条定律大大限制了人类对宇宙的探索;人类要想走出银河系,必须得突破光速限制,这需要基础物理学来一次革命才行。

就如当初经典力学被推翻一样,才有高铁飞机,代替了原来的蒸汽火车理论上飞出银河系是可行的,只是需要发展全新的空间推进技术,比如曲速推进器,或者利用相对论虫洞,就可以在短时间内跨越数万光年的距离:(1)曲速推进器:空间膨胀不受光速限制,所以科学家提出,把飞船前方的空间压缩,然后再飞船后方膨胀恢复原样,就可以推动飞船前进,而且不受光速限制;

(2)虫洞:又称爱因斯坦-罗森桥,连通遥远两地的狭窄通道,穿过虫洞的物体,可以实现空间跳跃,在一瞬间穿越到数万光年外,走出银河系就不再是难事。






临客唐


永远不敢说,但在数亿年内做不到,可能比较切合实际。

原因很简单,就是如达不到近光速飞行速度,根本不可能到达银河系。

先用太阳系作个比较。太阳系最大半径约为1光年,为9.46万亿公里。如果用普通飞行器飞出大阳系,大约需要36万年。

再看银河系。银河系直径约10万光年。从太阳系到银河系中心约2.61万先年。如用一般飞行器可能需要数千万年才能到达。

2019--12--10


手机用户54578927414


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。


来看世界呀


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。

既然人类无法横向飞出银河系,那纵向可以飞出银河系吗?

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。

目前唯一的希望只能寄托于超光速穿越

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。


科学认识论


现代计算机和哈勃望远镜的观测结果相结合,最终产生了目前我们看到的银河系模拟图像


在图像中我们可以清楚看到核心区域的棒状结构和层次分明的银河系各大旋臂,我们的太阳就位于一支名为“猎户座”的旋臂上,目前正在以220km/s的速度绕银河系中心黑洞人马座A*公转,每2.2亿年公转一周。

旅行者一号当年升空时曾有人问“为什么不垂直于太阳系轨道面飞行?”,因为在提问者的心里太阳系就是一个大盘子,离开大盘子的最好办法就是垂直向上飞,但事实上我们的太阳系是一个被奥尔特云包裹的球形空间,无论朝哪个方向飞都需要飞行一光年才能离开太阳系。

然而银河系可不是“被包裹的球状空间”,因此未来离开银河系的最好办法就是垂直于“银道面”飞行,这一以来只需要飞3000光年就能脱离银河系了,而如果平行于银道面飞行的话就得飞数万光年。



对目前的人类来说一光年和一百万光年相比并没有区别,因为航天器的速度目前还在光速的千分之一左右徘徊,目前在任何人的有生之年内宇航速度都不可能有大的突破,飞出太阳系都是痴人说梦。

而未来就算人类掌握了近光速飞船技术,到时候在低光速运动下的地球人类会感觉光速飞船用了3000年才飞出银河系,光速飞船内的乘员们可能只过了三年甚至三个月,但地球上早已沧海桑田,乘员们所知所爱的一切人和物都在近光速飞行下的时间膨胀效应里烟消云散了,所以飞出银河系也就没了意义。



科幻小说中的“虫洞”是目前唯一有希望让人类便捷离开银河系的方法,但有关虫洞的物理学理论还处于空白阶段


宇宙观察记录


很久以前,人们一直认为自己所在的大陆就是整个世界的全部,为了走出这个世界,人类进行过很多次的航海探索,一次又一次的发现了新的大陆。随后经过不断的航海探索,人类又发现地球是圆的,这个时候人类认为地球就是整个世界的全部,直到近代人类登上月球之后,才了解到了什么叫做天外有天。后来随着探索的不断深入,人类进入了探索宇宙的阶段,人类研发的宇宙探测器所能到达的地方是越来越多,也越来越远。

有人提出了这样的疑问,如果说人类经过多年的探索,能够在银河系外找到一个非常适合人类居住的星球,那么我们能否离开银河系,然后去往人类新的家园呢?

有科学家曾经做过大胆的猜测,人类永远只可能在银河系中度过,不可能离开银河系。因为大量的研究数据表明,太阳系到银河系中心的距离大约有2.6万光年。如果说用地球上最快的交通工具在宇宙中行驶的话,人类需要260亿年才能够去到银河系的中心。那么人类如果要离开银河系所要花费的时间至少要多出五倍。即便是用目前最快的人造卫星,在宇宙中进行行驶的话,人类也需要大约4000年的时间,才能够行驶一光年的距离。所以说,科学家才会认为人类会永远待在银河系中。

当然面对任何一种未知的事物,人类总是会有着不同的看法。有的科学家就认为,人类走出银河系是一个必然的结果。以前人类经过178年的时间,终于离开了大气层,实现了进入了宇宙中的目标。虽然说从地球到太阳系再到银河系的跨度,比人类冲出地球的跨度确实大了不少,但是只要能够一直提高在宇宙中的行驶速度,相信在未来的某一天,人类一定能够离开银河系。

现在人类普遍认为光速就是宇宙中最快的速度,但是当人类能够研制出超越光速的宇宙飞船时,可能我们离开银河系这一个目标也就不远了,大家觉得呢?

大家对于这个问题有没有自己的看法呢?欢迎在下方留言评论。


Fs胖娃儿中医传承


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。


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