既然宇宙中沒阻力,那麼航天器只需要一直加速就可以達到很高的速度嗎?

科學船塢


航天器一直加速需要動力一直存在,事實上是沒有一直存在的動力,當動力失去後,航天器將保持失去動力時的速度(物體在失去外力後保持靜止或勻速狀態稱為慣性)。


北方的狼


宇宙星際之間大部分是空曠的物質很稀少,當然絕對的虛空是不存在的,只是很稀少。理論上只要不斷給它一個推力,航天器可以一直加速。並且一旦加速上去,即使推力撤可,也不會減速,而是會因慣性沿原航向一直飛下去,除非進入其他星系引力作用範圍。

這當然是理想狀態,實際影響它的因素還很多,比如遙遠星系的引力雖然小也是有的,比如太空中零散星體、碎塊以及微小粒子都會對它有影響,還有飛船航向的調整、飛船內部部件的運行都是要消耗能源的。

問題在於要達到星際航行的高速度,需要飛船不斷加速,也就需要飛船攜帶很多能源燃料。目前的化學燃料能效低,不能夠支撐星際航行的需要。因為航天器在這過程中一直在高速前進,中間不可能停下來補給。停下來就白加速了,再出發還得重新加速。其實即使可以停下來也沒法補給,因為星際之間是空曠的,幾乎沒有什麼物質可供補給。不能補給就必須在出發前帶足所需能源燃料。而這會大大增加飛船質量,要讓它加速到需要的速度就需要更多的燃料。這是一個無解的死循環。所以靠化學能源是不可能進行星際航行的,即使一個小小的探測器都不可能。

目前可以想到的能源方式就是核能,裂變能或者聚變能。未來或許還可以應用反物質技術,空間扭曲技術,那些都只是理論上的猜想,離實現還有非常遙遠的距離。

攔在人類遠航夢想前面的,還有一個最大的障礙,相對論效應。這使得人類的航行速度侷限於光速之下。這對於動輒幾十幾百幾千幾萬光年的宇宙來說,仍然是蝸牛的速度。


多維觀世界


太空中或者宇宙中是真空(這裡我將太陽系內化成小範圍為太空,系外為宇宙),但並不代表沒有任何“阻力”,所以並非如上所說,宇宙中沒有阻力(這個說法還有待考證,畢竟現在第五種基本力也在考證當中),航天器就可以一直加速了!

航天器脫離地球后,仍然受到本系恆星(太陽)的引力以及其他行星的引力

眾所周知,基礎物理學上的四大基本力是強核力、弱核力、電磁力以及引力。在地球上存在的各類物體都會普遍的受到這四種或者其中兩種一種的力的作用,航天器也不例外。當航天器需要飛出大氣層時,就需要達到第一宇宙速度以用來克服部分地球引力才能飛出大氣層。

當克服了地球部分引力飛到太空之後,飛船仍然受到地球的引力並且圍繞著地球旋轉,這時航天器達到了實際上的第一宇宙速度。如果想要徹底克服地球的引力,則還需要繼續加速才能夠拜託地球的引力。

在這裡我們假設航天器脫離地球的引力之後向著冥王星方向飛去,並且假設地球之後沒有已經不存在其他的行星和小行星以及其他各類塵埃,氣體,小天體等。在這樣的假設下,的確會如題所說航天器只需要一直加速就可以達到很高的速度(但不會超越光速,除非航天器如圖粒子在核設備中一樣,才會超越光速)。

但事實真的是這樣嗎?答案是否定的,宇宙中或者太空中不止存在著行星,還存在著其他小天體,小行星,彗星,氣體,塵埃以及小行星帶,先不說這些太空中的小天體,當航天器脫離地球后,到達火星的行星空域(引力範圍)時,航天器依然受到了火星這顆行星的引力,如果它需要脫離火星的引力範圍,仍然需要圍繞火星做離心運動,才能使航天器加速並且脫離火星的引力範圍。

而當航天器脫離火星後,在它向著冥王星方向(或者系外方向)航行的時候,依然會受到木星,土星,天王星,海王星以及冥王星的引力。當然這裡還只是排除了其他小天體之外的情況,如果將小行星,氣體與塵埃考慮進去的話,航天器的加速情況就更加的不樂觀了。

木星作為太陽系中最大的天體,它龐大的“身軀”為地球擋住了許多的小行星,讓地球避免與更多的小行星相撞。而當航天器到達木星正面時(小行星撞擊最多的一面),如果情況不樂觀,那麼很可能航天器在加速的過程中就會與某顆小行星發生撞擊事件,發生機毀機亡的事情。

除了各大行星的引力之外,系內與系外的電磁力(高速粒子流)以及恆星耀斑事件也是影響航天器加速的一個原因之一

太陽無時無刻都在向著系外送去太陽風(太陽高速粒子流),而太陽系內也在接收者系外某些粒子流的到來(數量較少),這些粒子流是太陽黑子或者系外恆星的恆星風產生的,這些粒子流中存在著一種基本力:電磁力,最明顯的例子就是地球的大氣層與太陽風的粒子流相撞產生的極光。當太陽發生強大的耀斑事件時,粒子流就不在是“流”,而稱為“束”,這種粒子束就如同激光一樣,會對航天器中的各類設備產生非常大的影響,導致航天器在運行的過程中發生故障,停止運行,之後再太空中做勻速運動,當遇到行星的引力時,就會被該行星的引力捕獲,圍繞著該行星運轉,不在產生加速。

所以,一般來說,航天器在沒有阻力的宇宙中並不會出現一直加速的情況,就算是旅行者2號一樣,說不定某天它就會與某顆小行星相撞或者被某顆行星的引力捕獲。


宇宙科學室


好問題,但牽扯若干【子孫問題】

1. 【阻力】是什麼?——阻力是阻礙飛行器前進的力,是阻礙動力作用的力。阻力於動力是一對同生同滅的反作用力。

2. 【動力】是什麼?——動力是飛行器釋放能量克服阻力的力。飛得有動力,有動力就有阻力。大自然也沒有免費的午餐。

3. 【阻力型】有哪些?——阻力包括:分子氣阻力、原子氣阻力、亞原子氣阻力、真空場引力(萬有引力)阻力。

分子氣的阻力,究竟是怎麼形成的?

根據【分子運動論】,大氣層的空氣有氣態的氮分子與氧分子,不斷在做無規則的運動。

那麼,這些空氣分子是怎麼對飛行器造成阻力的呢?難道真是撞擊飛行器界面造成的麼?

其實,空氣阻力機制人們並不清楚。所謂【碰撞理論】,也只是牽強附會的搪塞。

顯然,空氣分子在空間體積佔比只有【1‰】,分子界面電子只有【5~6個】,這不難計算。

根據泡利不相容原理,【分子界面電子】——不可能觸及——【飛機界面電子】❗。

尤其:分子間隔那麼遠,之間的分子力是如何作用到對方的?真有【超距作用】麼?

中學生與大學生可以不追究。物理教師與研究生與研究員,總不該揣著糊塗裝明白吧?

可以說,把分子氣的阻力機制搞清楚,亞原子氣與真空場的阻力機制,則迎刃而解。

氣態分子的阻力機制

飛行器在高速前行時,其界面會迅速擠壓前方的空氣,空氣分子的核外電子加速運動。

一方面,電子獲得動能增量,核外電子與核電荷之間原有相互作用(庫侖力)的動態平衡。電子同時表現巨大反彈力或【抗簡併壓力】。——這才是分子氣阻產生的根源。

另一方面,電子的加速運動,也會擠壓前方的真空場,激發電磁波,通過電磁波,把電子動能傳遞給其它分子的核外電子。——這才是氣態分子之間相互碰撞的根源。

別小覷電子【抗簡併壓】。以氕原子為例,原子內部只有【1個】核外電子,它的繞核震盪高達2200千米/秒,幾乎同時分佈在原子每個角落,使得原子就像一個非常緻密的剛體球。

▲地球輻射帶的同步衛星網絡

氣態亞原子的阻力機制

我們的同步衛星,也是一個飛行器,離地3萬多千米,處在更遠的地球輻射帶。

地球輻射帶,沒有分子與原子,只有亞原子或等離子體,主要是零零星星的自由電子。

毫無疑問,同步衛星也會受到等離子體的阻力。等離子體的分佈很稀薄,阻力較弱。

近地衛星,為什麼要配置太陽能電池板?遠地太空探測器,為什麼要攜帶核電池動力源?
▲nasa新一代離子推進器。

著名的【霍爾效應推進器】,就是把氙氣電子發射出去作為【尾噴工質】,來克服氣態亞原子的阻力與地球引力場的殘餘勢力。

微波背景輻射帶的阻力機制

現在可以【回到本題】了。

我們知道,在離地150萬千米的普朗克衛星那裡的深太空區域,被稱為背景微波輻射帶,簡稱【微波帶】。

微波帶,泛指只有毫米釐米微波沒有亞原子的超低溫超低壓的空間區域,≈絕對真空。

典型微波帶的絕對溫標為【2.725K】,據有關資料稱,對應的準真空零點能為【0.7meV】。

▲歐洲普朗克衛星,在微波背景輻射帶。

按“真空非介質”理論,除了輕微的地球引力與可忽略的太陽引力,似乎沒有任何阻力。

這種觀點,與“光傳無介質”一樣,至少是缺乏證據的,而且嚴重誤導了太多的莘莘學子。

事實上,即便是電磁波,在深太空中湧動的歷史長河中,總要漸漸衰減,漸漸降頻紅移。

從本超星系團的M87黑洞傳到我們地球的射電望遠鏡,其電磁波會弱化為毫米微波,就是因為真空場,既是光子載體,又有吸收阻力。

▲水力噴射器的抽真空原理示意圖

通過日常生活體驗到。例如,拿一個可以抽真空的玻璃瓶,裡面放少許水。持續抽真空,凝聚態的水分子會不斷揮發,其實是被真空場吸引出來。

這表明真空場有吸能作用,使高能凝聚態的水,變成低能態的氣體。

進一步分析。有一個自由電子(最小的飛行器)在深太空的真空場中以速度v極速飛行,該電子的動能增量為△Ek=△½mv²。

電子的極速飛行(平動),必然會擠壓前面的真空區域,激起電磁波。


好比衝鋒舟在水面上穿梭,激起前面的浪湧。

電子動能增量與激發電磁波的頻率增量成正比:△½mv²∝△hf,或:½mv²=κ·hf。

此式,其實就是廣義的光電效應方程,如果沒有持續供應的外加能源,則電子就不可能有動能增量。這就證明,真空場也是有阻力的。

(完)


物理新視野


1,宇宙並非沒有阻力,只是阻力很小。比如一些灰塵,星光的光壓,附近星球的引力等等。

2,確實可以一直加速到很高速度。

3,在宇宙中加速,除了太陽帆這樣使用光壓的方法外,其他方法都需要捨棄自身質量。通俗點說,就是噴出去一些東西,讓剩下的部分加速(火箭就是這麼幹的),所以,由於物體總質量有效,所以不可能無限制地加速,不然噴著噴著就沒東西噴了。

4,速度達到一定程度之後,相對論的質量效應開始明顯,這時候再加速,增加的也只是質量,而不會是太多速度。


破曉修羅


在我個人的認為宇宙中的零下270度的冷凍環境是各大星系的溫差效應,才有向心性的摧攏機制作用的,質量越大其摧攏向心力越大,所以航天器脫離太陽系的宇宙向心力後,更大銀河系的宇宙向心的擺脫等待更高的速度才能離開銀河系,最大的挑戰二十光年直徑的大半圈才能擺脫銀河系的拋離才能向奔向宇宙深處的航行。這個加速未知需要多少光年的能源補給才能達到,就算航天器每秒鈡一千公里,二十光年直徑的大半圈所需要耗能無可估量的。

飛出地球速每秒八公釐,飛出太陽系每秒十二公里,飛出銀河系需要每秒一百公里以上或者會更高的比例。就算飛出銀河系,能在宇宙中任意飛行,但宇宙向心摧攏力會影響你的速度的。因為你還在大星系的溫差效應範圍中,很很的大困難。光的速度根本不可能。雖然宇宙沒有任何阻力,但溫差效應的阻力不可輕視,地球空氣溫差效應是大旋風可以上千公里直徑,海洋的洋流力大無比同樣是溫差效應,任何金屬沒有溫差效應不能成型,我們任何應用技術都要有溫差效應中產生物質。


陳昌海12


太空中沒有空氣,沒有任何形成阻力的東西,航太器能夠加到極速嗎?

所有的速度在宇宙中都會受到限制,超過了限制,就會化作能量,而轉化為無形。

為什麼這樣說呢?

我們看到一顆流星劃破夜空消失在夜空中,那麼流星能夠最快加速到極限嗎?不能,它受到空氣中的阻力,產生的摩擦力而變成了一束光,一份熱,和一聲巨響。

有人說這地球上有空氣的作用,而太空中沒有空氣,一定能夠加速到極限。

其實這也不可能,因為太空中充滿了磁場,磁力線縱橫交錯,任何一個物質的東西在太空中飛行都要突破磁力線的這張網,要切割磁力線,切割磁力線的結果是什麼?是產生電場,與強大的電流,而發熱爆炸。

有人說石頭是良好的絕緣體,但是任何絕緣體在發熱高溫下分子軌道增大,而產生自由電子,而不再是絕緣體,而是良好的導體。既然是導體,就會產生強大的電流,而產生巨熱而爆炸。

許多的事情不是在一個方面主導下發生,而是在多個因素下發生,這就是宇宙萬事萬物的變化條件與因素。


寶樹白石


對頭。不過有慣性能存在,也是要消耗大量能。

給你個公式:

a=F/m

a為加速度,F為加速力,m為被加速物體。

式中可以看出,加速力,即能量一樣情況下,最後獲得速度與被加速物質量大小有關

但是相對論來了,相對論又說,速度越大,質量會越大,這時你再加速就會顯得非常難。所以相對論說速度不能無限大,有個極值,光速!

聽到這個你心是不是拔涼拔涼滴?!


力銘趣談經濟分析


即宇宙中沒有阻力,航天器也有它的最快速度限制,達到最高速度也不能上升,就向光照前方沒有阻擋,照射多遠也是有限制的,超過它照射的範圍,遠的地方也不能照到。


我的名字白興長明白嗎


誰告訴你太空中沒有阻力?只不過太空中的物質密度很低罷了!隨著速度的增加,航天器在運動過程中碰撞各種大大小小的東西的機率隨之增加,並且,一小粒塵埃以每秒一萬公里的速度打在你身上的效果與每秒一百公里的速度打在你身上的效果差遠了(有功夫的話可以用動能關係做個大致的定量計算)。所以,不用到光速你的航天器就解體了,解體到足夠小也就成了光,那個時候可以達到光速,但早已物是人非,航天器不再是航天器了!正因為如此,才沒有以光速狂奔的物體,只有小到光的程度才有可能如此狂奔。


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