宇宙是真空，飞船为何连它的20%光速都无法达到？

为什么飞船在真空的宇宙中，却不能无限加速？~

在对宇宙近百年的研究观察中，那一张张炫丽的照片、一组组惊人的数据、一次次失败的尝试，无不诉说着宇宙的波澜壮阔以及神秘莫测。

然而在这波澜壮阔的宇宙后面，其实隐藏着一个难以忽视的属性——距离。宇宙中庞大到让人绝望的距离尺度，就好像一条坚不可摧的链子，死死地锁住人类的活动范围，而这对于人类文明来说是致命的。
因为人类活动范围内的资源并非没有上限，一旦这些供人类发展生活的资源耗尽，那么迎接人类的将只有灭亡。

这残酷的现实当然也引起了科学家的注意，而能打破这一局面的“超光速”也自然成为某段时期热门的研究课题。不过随着爱因斯坦提出相对论，证明光速不可超越之后，这种热情才慢慢褪去。
但是这个结论显然并不是所有人都能够理解，一个疑问还在人们心中盘桓，那就是宇宙是真空的，为什么飞船不仅不能在真空中无限加速，甚至连20%光速都无法达到呢？其实这背后的答案让人害怕。

不过在回答宇宙中为何不能无限加速之前，我们先来看后面一个问题：如果飞行器达到了20%光速这代表着什么。
地球距离火星大约0.55~4亿千米，如果飞行器的速度达到了光速的20%，那么0.55~4亿千米的距离半小时不到就能够走完，也就是说一顿饭的功夫就能从地球飞到火星。

目前人类最快的飞行器是太阳探测器“帕克”，它的速度约为68.6km/s，在某些特定的时候、特定的位置，帕克的速度甚至能够达到惊人的192km/s。
然而，即便帕克的最快速度是192km/s，这跟20%光速比起来还是有巨大的差距，因为20%光速是192km/s的三百多倍。

更主要的是，采用常规推进飞船的速度最快也只能达到4500km/s，也就是光速的1.5%，一旦飞船达到20%光速，就意味着远远超过了这个上限，甚至比用核聚变推进的飞船速度还要快2倍多。
而在可预见的范围内，人类根本无法掌握比核聚变推进更快的动力方式，也就是说20%光速的飞船人类根本就造不出来。

那么如果未来掌握了比核聚变更强劲的动力，比如说当下正热的正反物质湮灭、暗物质等等，是不是就意味着飞船能够达到20%光速呢？答案当然也是否定的。
为了携带更多的燃料，现代火箭在设计上一般都是尽可能地减少自身质量。但是因为能源等级的限制，即便已经最大化减少自身质量，想要达到20%光速需要的飞船质量也是惊人的。

简单来说，想要携带更多燃料就需要非常轻的箭体，而想要更快的速度则需要箭体质量变大，所以就现在来看这几乎是一个死循环。
说完了速度我们再来看看基本的限制条件：真空。可能许多人不知道，宇宙虽然是真空的，但是却并不是绝对的真空。甚至从某种角度来看，完全可以说宇宙不是真空的。

因为在这所谓的“真空”中，每时每刻都在发生着人类看不到的变化，比如说真空涨落、正反粒子湮灭等事情。
正是因为真空中“热闹非凡”，充满了各种各样的物质以及物质变化，所以当飞船高速运动的时候，必然会跟这些物质产生巨大的摩擦碰撞，此时一个小小的原子能可能对船体造成无法想象的破坏。

如果忽略阻止飞船无限加速的各种力，飞船的速度真的到达了光速，那么将会发生极为可怕的事情——包括飞船在内的所有东西全部会光子化。即成为时间为零、质量为零的光子，而这个过程不可逆。
既然达到光速如此的恐怖，那么电影中的光速甚至超光速飞行又是怎么做到的呢？难道全是不可能实现的幻想？

答案当然是否定的，因为大多数影视作品中出现的光速甚至超光速飞行，与上文中讨论的光速飞行一点也不一样。
影视剧中的飞船几乎都有扭曲空间的装置，所以它们飞行原理几乎都是通过扭曲飞船前面的空间，膨胀身后的空间来达到光速，这种方法被科学家们称为“曲速泡”。

采用这种方法飞船确实能够达到或者超越光速，但是这不是飞船自身达到了光速，而是飞船所处的空间达到了光速，这和相对论并不冲突和矛盾，因为空间在任何形态下都不具备任何质量。
总而言之，飞船在宇宙中是不可能无限加速下去的，但这也正是让人害怕的地方，因为这意味着人类或许永远都会被一条无形的链子，牢牢的锁在有限的空间中，最终慢慢走向消亡。

如果我们人类的飞机，他的速度达到光速的20％，这也意味着什么，我们都知道火星大约有0．55～4亿公里，一旦人类飞机达到20％公里，那就意味着人类从地球到火星只需要不到半个小时。目前，人类制造的最快的飞机是太阳能探测器帕克，他的其平均速度一般为68．6千米／s，而最快速度可以达到192千米／s。所以当飞机达到光速的20％时，这意味着它将超过帕克速度的300倍。

同时，一旦飞船的速度达到光速的20％，这意味着它已经远远超过了常规推进模式下航天器的速度的上限，因为根据科学家的计算，常规推进航天器的最大速度为1．5％光速，即4500千米／s。更重要的是，如果飞船的速度达到光速的20％，这意味着它的速度将是使用核聚变作为动力源的飞船的两倍以上。

在可预见的未来，核聚变将是人类可以使用的最强大的能源，看到这里，一些朋友可能会问，如果未来发现比核聚变更具颠覆性的动力模式，如暗能量，正负物质湮灭等，采用这些功率模式的飞机能否达到光速的20％，这个答案，实际上不是的是错误的，现代火箭的设计通常是为了大幅降低质量，以便携带更多的飞行燃料。

例如，SpaceX Falcon 9 火箭之所以便宜，是因为它的燃料占发射质量的惊人 96．6％。然而，由于能级的限制，即使火箭设计采用多级继电器加速的方法，达到光速的 20％ 所需的航天器质量将呈指数级增长。
关于在真空的宇宙中飞船为何不能无限加速达到光速的速度的问题，今天就解释到这里。

经过对宇宙近百年的观察研究，一组组数据、一张张照片、一次次尝试，无不向人类展示了宇宙的浩淼无边以及波澜壮阔。

然而，这广阔寂寥的宇宙背后，其实隐藏着一个对于人类来说极为致命的属性——距离。宇宙庞大的距离尺度像一个笼子一样，将人类死死地困在有限的空间中。

而这种情况对整个人类文明来说是一种灾难，因为一旦地球甚至整个太阳系的资源被人类使用殆尽，那么人类最后将只有“毁灭”或者“文明退化”这两条路可以走。

科学家们显然也看到了这个让人害怕的问题，所以早在19世纪起就一直在研究光速的问题，毕竟光的速度非常快，人类如果想要冲出牢笼它将会是非常关键的因素。

让人遗憾的是，经过长时间的研究爱因斯坦提出了相对论，明确指出了物体达到光速的不可能性和不可行性。

不过，虽然爱因斯坦在相对论中阐述了物体无法达到光速的原因，但是仍然有许多人心中有一个疑惑：宇宙是真空的，那么为什么飞船在这个没有空气摩擦力的环境中不能无限加速呢？为什么连20%的光速都无法达到呢？

在回答这个问题之前可以先来看下，如果人类的飞行器速度达到了光速的20%意味着什么。我们都知道，火星距离地球约0.55~4亿千米，一旦人类飞行器达到了20%光速，那么就意味着人类从地球到火星只需要不到半个小时的时间。

而目前人类所制造出来的速度最快的飞行器是太阳探测器“帕克”，它的平均速度一般在68.6km/s，而最快速度能够达到192km/s。所以飞行器达到20%光速就意味着它将是“帕克”速度的300多倍。

同时，一旦飞船速度达到20%的光速，就意味着它已经远超“常规推进方式宇宙飞船速度”的上限，因为按照科学家的计算，常规推进式飞船的速度上限是1.5%光速，也就是4500km/s。

更主要的是，若飞船的速度达到20%光速，就意味着它的速度将会是采用核聚变作为动力源飞船速度的2倍还要多。而在可预见的未来，核聚变将会是人类能够使用的最强动力源。

看到这里可能有的朋友会问：如果未来发现了比核聚变更颠覆的动力方式，例如暗能量、正反物质湮灭等等，那么采用了这些动力方式的飞行器能否达到20%光速呢？答案其实还是不能。

现代火箭在设计上一般都是极大可能地减少质量，以便携带更多的飞行燃料。比如说SpaceX猎鹰9火箭之所以价格低廉，就是因为它的燃料占发射质量比达到了惊人的96.6%。

但是，因为能源等级的限制，即便火箭设计上采用多级接力加速的方式，想要达到20%光速所需要的飞船质量也是指数级增长的。

简单的说，想要火箭携带更多的燃料就需要更轻的箭体，而想要火箭速度更快则需要更重的箭体。就目前来看，这是一个无解的死循环。

最后再来看看对飞行器最大的空间限制条件：真空。事实上，宇宙可能出乎许多人的意料，因为它并不是绝对意义上的真空，或者说它根本就不是真空。

在这个“真空”中有肉眼无法直接观察的真空涨落、正反粒子湮灭，甚至还有许多背景辐射，可以说“真空”里不仅不是想象中的空旷寂寥，反而是“热闹非凡”的。

正因为真空中并不空，反而充斥着许多肉眼无法看到的物质，所以当飞船以20%光速高速运动的时候，会和这其中的各种物质发生剧烈的摩擦与碰撞。

而在这种速度下，一个只有在显微镜下才能看到的氢原子，都会对飞船造成难以想象的破坏。就像高速飞行的飞机撞到飞鸟一样。

假如说飞船的速度达到了光速，那么不说飞船材料和飞船内的人类能不能受得了，根据科学家的推算，当达到光速之后飞船包括飞船内的所有物体将会失去质量，变成时间为零、质量为零的光子状态。更让人害怕的是，光子化是不可逆的。

肯定有朋友会问：既然光速飞行如此可怕，那电影中的超光速飞行是怎么回事呢？其实电影中出现的超光速飞行大都也并不是飞船直接超越光速，而是飞船中有扭曲空间的装置，通过压缩飞船前面的空间、膨胀后面的空间达到超光速效果，科学家将这种方式称为“曲速泡”。

在这种情况下，飞船确实得到了超光速的效果，但是这并非飞船自身硬生生的达到了光速，而是通过改变空间结构，让空间膨胀收缩以缩短飞行距离。简单来说就是空间本身超光速运动了，而飞船本身并没有超光速运动。

值得一提的是，空间自身超光速并未违背相对论，因为空间自身在任何形态下都没有质量，并不在相对论的约束和讨论范围内。

所以总的来说，就目前的科学认知中，飞船在真空中并不能无限加速，不仅如此它甚至连20%光速都无法达到，真空中光速仍然是宇宙规则下物体最大的运行速度。

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仙游县19331153887： 宇宙是不是真空的? - ？
其贵若能： 宇宙是真空的. 飞船在离地起飞到入轨阶段,是靠运载火箭的推力升空;飞船在轨道上运行是靠惯性;飞船变轨、回收,是靠起动飞船上的变轨火箭来实现. 火箭的工作原理,无论在大气中,还是真空中,都是根据“动量守恒原理”来工作的...

仙游县19331153887： 宇宙是真空的吗?如果是有微量的气体..那么这些气体足以让飞船动?或者改变方向?？
其贵若能： 首先,初中物理才说宇宙是真空的,其实没有绝对的真空,宇宙中还有很多各种射线,比如光,这个你知道吧.其次,飞船是靠作用力和反作用力前进的,就像气球漏气,气体和气球反向运动. 不是,你有点钻牛角尖,跟飞船以外的物质无关,你忘了飞船有燃料吗?喷出燃料就行了,燃料自然就会和飞船“作用和反作用”.这个跟鸭子在水里靠划水(你所谓飞船周围必须有的空气)行动是不一样的,如果鸭子可以喷出某种东西,那没水也能走了!!!

仙游县19331153887： 如果你的爷爷驾驶20%光速飞船赶往半人马座,出发后二十年,你爸爸驾驶宇宙飞船用40%光速 - ？
其贵若能： 以地球为参考系来说.相对论结论与牛顿时空观结论是一样的.你爷爷20年走了4光年,同时你爸爸开始出发.再过20年走了8光年.这时你爸爸赶上了你爷爷.距离地球8光年.同时你出发.显然,你不可能同时遇到你爷爷和你爸爸了.你儿子之类的都是这么算.本题的感悟就是与小学应用题没有区别.以爷爷作为参考系,由钟慢效应,地球的20年会稍许缩短,为19.6年.这时你爸爸出发.距离3.92光年....这题一看就是你自己出的,因为以地球为参考系这个情况相对论时空观的结论与经典时空观无异.而且根据相对论飞船是不允许达到光速的,这个假设本身就是个错误.

仙游县19331153887： 谁知道宇宙是真空的,但是,光的传播需要介质,那么太阳是怎么,把光 - ？
其贵若能： 宇宙不是真空的,只是相比地球来说,物质存在的比例太稀少,因为空间无限.通常说的“宇宙是真空的”这句话应该理解为,大部分宇宙空间是无限接近真空的(比如地球、月球这些行星卫星的周边空间),但就算这样,严格来说并不是绝对意义上的真空,绝对真空是指没有物质,那不可能.光以波的形式传播,电磁波,是不需要任何介质的.

仙游县19331153887： 光在宇宙空间里是怎样传播的? - ？
其贵若能： 光和电磁波 其实光也是电磁波的一种 约30万公里每秒 如果光子不受引力作用,那么真空中光速不变,但这样一来不论星体的引力再强,对光子都没有影响,从而宇宙中也不可能产生“黑洞”了,而现在的黑洞理论基础将不复存在;假如光子受...

仙游县19331153887： 宇宙是真空的,飞船是利用什么原理推进的(在真空中,也能产生反作用力吗) - ？
其贵若能： 飞船在离地起飞到入轨阶段,是靠运载火箭的推力升空;飞船在轨道上运行是靠惯性;飞船变轨、回收,是靠起动飞船上的变轨火箭来实现.火箭的工作原理,无论在大气中,还是真空中,都是根据“动量守恒原理”来工作的,即:(后喷气体的)质量*速度^2 = (飞船)质量*(前行)速度^2. 它与周围是否有空飞无关.

仙游县19331153887： 太空是真空吗?宇宙飞船助推器推动什么产生推力? - ？
其贵若能： 1.太空中是真空的,除了一些细小的尘埃,气体等微粒,基本可忽略.2.宇宙飞船依靠飞船尾部的推进器喷射高速粒子流(物质流)获得反作用力从而向前飞行.3.宇宙中,除了星星,还有彗星,小行星,黑洞,中子星,白矮星,星云,凝结的气体冰块,超新星,红巨星,致命的宇宙射线流,双子星……宇宙,浩瀚无垠,还有许多未知的事物,比如暗物质,虫洞等.

仙游县19331153887： 为什么宇宙是真空的?？
其贵若能： 宙的第二层含义是物质,所以不是真空的 我们没法得到真空,而爱因斯坦说的意思是说:光经过媒体的阻挡会减速,那么在真空中光是不会受到物质的阻挡的,所以光在真空中的速度是光的最快速度,具有理论参考意义. 光被证实是一种有能量的粒子,光子是基本粒子里的一个,所以光可以在真空中传播,而光子在传播的过程中表现出波的特性,这就是光的波粒二象性.

仙游县19331153887： 太空中为什么是真空的 - ？
其贵若能： 因为太空中没空气嘛,但并非完全真空,里面有暗物质,爱因斯坦,牛顿他们的理论说现在发现的物质总质量还没到达理论质量,所以还有新的物质在,太空中发现

仙游县19331153887： 太空是真空的吗? - ？
其贵若能： 在物理学上”真空”泛指”场”与”物质”都接为零,但别忘了测不准原理,因此我们不能说一个地方式完全”真空”. 好吧,先别搞得太复杂,讨论物质就好了,小行星以及地球.太阳等等,不是都有重力吗?那将会把”大多数”的物质给吸到我们附近,而相对於整个宇宙,我们这些行星实在是太少啦,中间的空隙呢?当然就”接近”没东西啦!!不过打从马克斯威尔后,我们知道粒子的行为呈现常态分布(速度),所以当然有些(非常少数)能逃脱出重力场,而存在於行星与行星之间的空隙,但由於非常少(几乎感觉不到,也测不到),故我们常称宇宙为”真空”.