首先,我們必須面對一個殘酷的物理現實:根據愛因斯坦的狹義相對論,任何有質量的物體(無論是飛船還是你我)都無法達到光速,只能無限接近。
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原因在于,物體的質量會隨著其速度的增加而增加(相對論質量)。當速度趨近于光速時,其質量將趨向于無窮大。根據愛因J斯坦的質能方程,要將一個無窮大質量的物體繼續加速,就需要無窮大的能量。這是全宇宙的能量總和也無法辦到的。
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因此在物理學上,一個“光速飛船”是無法存在的,但為了這個思想實驗,我們不妨“作弊”一下,假設人類建造了一艘能夠以99.999%光速,甚至就是以“光速”本身航行的飛船。
那么它的旅程將是怎樣的?
讓我們啟動這艘幻想中的飛船,從地球出發。
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- 1.3秒后,我們飛過了月球。
- 8分20秒后,我們與太陽擦肩而過。
- 43分鐘后,我們穿過了木星的軌道。
- 4.1小時后,我們飛越了海王星——太陽系最外側的行星。
在不到半天的時間里,我們就將太陽系八大行星遠遠甩在身后,此時從飛船舷窗回望,太陽已經縮成了一個微不足道的光點,我們是否已經成功“飛出”了太陽系?
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對于大多數人的認知而言,答案是肯定的,但對于宇宙的尺度而言,我們才剛剛離開“門口”。
我們通常所說的“太陽系”,僅僅是指行星系統。然而,太陽系的真正邊界,是其引力所能統治的疆域。這個疆域遠超我們的想象。
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在飛越海王星后,我們的光速飛船將進入柯伊伯帶,這是冥王星等無數冰冷天體的家園。飛船需要再花幾個小時才能穿過這片區域。
接下來,飛船將沖出日光層頂(Heliopause)。這是太陽風(從太陽噴射出的帶電粒子流)所能到達的最遠邊界,可以被視為太陽“勢力范圍”的磁場邊界。人類目前飛得最遠的探測器“旅行者一號”,在花費了35年漫長飛行后,才于2012年抵達這里。而我們的光速飛船,大約只需要18個小時。
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但這仍然不是終點。
太陽系的真正邊界,被一個理論上存在、廣袤到令人絕望的球殼所包裹,它被稱為奧爾特云(Oort Cloud)。
這是一個由數萬億顆冰冷彗星核組成的巨大云團,它們松散地環繞著太陽。這里是太陽引力所能束縛的最遠疆域,也是太陽系真正的“圍墻”。這個“云團”的范圍大到什么程度?它的內邊緣距離太陽約2000至5000個天文單位(AU),而其外邊緣,據估計最遠可達10萬,甚至20萬AU。
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10萬天文單位(AU)是多少?它相當于1.58光年。
所以,我們得到了那個令人震驚的最終答案:
即使人類擁有了宇宙中最快的速度,我們的飛船也需要花費整整1.5年到2年的時間,才能真正意義上地飛出太陽系,擺脫太陽引力的束縛,進入廣闊的星際空間。
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這個事實是反直覺且令人敬畏的。我們總以為太陽系是一個“小池塘”,銀河系才是“大海”。但事實是,我們僅僅是飛出自家“院子”的圍墻,就需要以宇宙的極限速度不間斷地飛行兩年之久。
更有趣的是,如果這艘飛船真的能無限接近光速,“時間膨脹效應”將變得極其顯著。
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對于在地球上觀測的人來說,這艘飛船確實飛了近兩年才離開太陽系。但對于飛船上的宇航員來說,由于他們正以接近光速運動,他們的時間流逝會變得極其緩慢。在他們的體感中,這段長達兩年的旅程可能僅僅過去了幾天、幾小時,甚至幾分鐘。
他們將在瞬間穿越我們認知中的“家園”,而地球上的親人早已度過了數個寒暑。
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回到最初的問題:光速飛船能飛出太陽系嗎?
答案是肯定的,但這個過程本身,將徹底重新定義我們對“家園”的認知。我們甚至還忽略了一個致命的現實:在接近光速的飛行中,撞擊太空中一粒微小的塵埃,其釋放的動能都堪比核彈爆炸。
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我們所生活的太陽系,并非一個可以輕易“逃離”的搖籃。它是一個半徑達1光年以上的巨大引力王國。在人類目前最快的探測器(如帕克太陽探測器)尚需數萬年才能飛離的尺度面前,“光速”這個終極夢想,也需要用“年”為單位來丈量我們這個小小的家。
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