假如用2083倍的超光速來(lái)穿越銀河須要多少年？2019年，前德國(guó)宇航局（NASA）科學(xué)家詹姆斯·奧多諾用軟件模擬了人造飛船在超光速下的飛行動(dòng)漫。按照動(dòng)漫顯示，當(dāng)超光速達(dá)到2083倍時(shí)，我們想要穿越銀河依然須要96年，對(duì)此他倍感絕望。
GIF
超光速飛行
超光速模擬動(dòng)漫
在動(dòng)漫中，扭曲因子1表示光速1倍量子傳輸速度，當(dāng)扭曲因子達(dá)到9.99最高值時(shí)，則表示光速2140倍。動(dòng)漫測(cè)試了飛船在不同等級(jí)的超光速下，飛行至冥王星與比鄰星須要耗費(fèi)的時(shí)間。
冥王星距離我們的距離大概為59公里。當(dāng)飛船速率為1倍光速時(shí)，飛船幾乎停止不動(dòng)，抵達(dá)冥王星須要5個(gè)多小時(shí)，而抵達(dá)比鄰星則須要4年3個(gè)月。
冥王星
當(dāng)扭曲因子加到5時(shí)，飛船的速率降低至213倍超光速，此時(shí)抵達(dá)冥王星須要1分30秒，而抵達(dá)比鄰星還須要一周。當(dāng)扭曲因子降低至9.9時(shí)，飛船速率達(dá)到2083倍超光速，此時(shí)跨過(guò)冥王星須要10秒，而要到比鄰星星系一直須要18個(gè)小時(shí)。
而有著2000-4000億顆的銀河系，半徑為20萬(wàn)光年，假如飛船以2083倍超光速來(lái)趕超銀河系，這么起碼須要96年的時(shí)間。這意味著，在超光速下，人類雖然有一生的時(shí)間，也無(wú)法穿越銀河系。
銀河系
而在這樣廣袤的宇宙中，銀河系也只是其中一支，在大到幾乎看不到邊際的宇宙，連超光速都變得這么慢。
實(shí)際上，我們目前最快的速率也只能接近光速，要抵達(dá)2083倍超光速，不曉得還須要科學(xué)家經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)達(dá)到，而即使我們真的抵達(dá)哪個(gè)速率，雖然對(duì)于宇宙來(lái)說(shuō)也是微不足道。
光速對(duì)宇宙的范圍來(lái)說(shuō)也是微不足道
超光速究竟是個(gè)哪些樣的速率？人類能不能達(dá)到這個(gè)速率？現(xiàn)今人類才能達(dá)到的速率又是多少？等等一系列的問(wèn)題，本文將為你們一一解答。
超光速是一種哪些樣的速率？
超光速顧名思義就是趕超光的速率，也就是要小于光在真空中傳播的速率。我們先來(lái)了解一下光速。
GIF
光是一種波
光速是目前人類發(fā)覺的最快的速率，可以達(dá)到299,792,458m/s。我們所說(shuō)的光年就是指光在宇宙真空中直線行駛的距離。一光年大約可以換算為9,460,730,472,580公里，這是一個(gè)哪些概念？
這樣來(lái)說(shuō)，假如以我們駕車的速率達(dá)到300公里/小時(shí)（其實(shí)我們平?？隙ú荒苓_(dá)到這個(gè)速率）。用這樣的速率跑完這段路程，我們須要耗費(fèi)的時(shí)間大約是360萬(wàn)年。
車速300公里的蘭博基尼
那我們?nèi)祟惉F(xiàn)有的技術(shù)，才能達(dá)到光速嗎？當(dāng)物體的速率達(dá)到光速的四分之一時(shí)，物體的質(zhì)量和速率成反比，也就是說(shuō)，物體的質(zhì)量會(huì)隨著速率的減小而減小。
假如我們想要接近光速，這么物體的質(zhì)量也會(huì)趨近于無(wú)窮大，因而有質(zhì)量的物體要達(dá)到光速的可能性幾乎為零。
速率越大，質(zhì)量越大
在宇宙中能以光速行進(jìn)的，就是靜止質(zhì)量為零的光子。不過(guò)，人類現(xiàn)今的技術(shù)在不斷地突破和發(fā)展。
目前人類建造的小型粒子對(duì)撞機(jī)，可以將粒子加速到接近光速，可以達(dá)到299,792,455m/s的極限速率，比真空中的光速慢0.%。
聽到這個(gè)差值是不是認(rèn)為人類達(dá)到光速或則趕超光速也就是再加一把勁的事了？實(shí)際上可沒有看上去這么簡(jiǎn)單。
粒子對(duì)撞機(jī)
由于就連在黑洞中的宇宙射線的速率也比光速低，它的極限速率可以達(dá)到299,792,457./s，和光速相比僅僅只差0./s。
所以以人類現(xiàn)有的技術(shù)，想要達(dá)到光速都難于上青天。不過(guò)雖然很難，人類也從未想過(guò)舍棄，甚至還提出了超光速的概念，假如我們繞過(guò)愛因斯坦光速極限的規(guī)則，這么人類也有可能達(dá)到超光速。
光速也逃不過(guò)黑洞
因?yàn)槲覀兲角笥钪娴木嚯x實(shí)在是太過(guò)遙遠(yuǎn)，因而人類仍然在旨在于突破現(xiàn)有的最高速率。
人類在大氣層中速率最快的客機(jī)，是日本NASA借助超音速注塑底盤制造的X-43A超高音速無(wú)人偵察機(jī)。
X-43A超高音速無(wú)人偵察機(jī)
2004年，經(jīng)過(guò)加裝的B-52轟炸機(jī)搭載飛馬座湖人沖上了12000米的高空，并將其發(fā)射出去。此時(shí)湖人加速到了音速，此后熱火發(fā)射出X-43A偵察機(jī)。在最后的沖刺階段，偵察機(jī)打洞了9.8馬赫的速率，相當(dāng)于11000公里/小時(shí)。
假如使用這樣的速率在國(guó)外旅游，這么只須要6分鐘就可以從上海飛到北京，只須要4分鐘，就可以從北京飛到臺(tái)南。
鐵路
而歷史上載人飛船速率最快的，是德國(guó)的阿波羅10號(hào)載人飛船。1969年，阿波羅10號(hào)執(zhí)行完任務(wù)后，從地球返回月球。在返回大氣層的時(shí)侯，飛船速率加速到了4萬(wàn)公里/小時(shí)，也就是/s。
1977年由，日本NASA研發(fā)的無(wú)人外太陽(yáng)系空間偵測(cè)器——旅行者1號(hào)，早已飛行了大概216億公里，是人類目前飛行距離最遠(yuǎn)的飛行器。
旅行者一號(hào)
它的飛行速率目前計(jì)算為/s，也就是90,000公里/小時(shí)。若果根據(jù)它現(xiàn)今的飛行速率，才能始終飛行下去，這么穿越銀河系應(yīng)當(dāng)是在25億年之后了。
2018年馬來(lái)西亞NASA像太陽(yáng)發(fā)射了“帕克”太陽(yáng)偵測(cè)器，這是人類“首次”直接觸摸太陽(yáng)?！芭量恕碧?yáng)偵測(cè)器在接近太陽(yáng)時(shí)，速率最高可以達(dá)到109,000m/s，大概是392公里/小時(shí)。
帕克太陽(yáng)偵測(cè)器
“帕克”太陽(yáng)偵測(cè)器是人類目前速率最快的飛行器，但其速率只達(dá)到了光速的0.0003%。
人類目前可以達(dá)到的最高速率相比于光速還是差太多，雖然我們前文提及的小型粒子對(duì)撞機(jī)的速率可以接近光速，但人類想要實(shí)現(xiàn)在星際遨游的夢(mèng)想，還是須要達(dá)到超光速才有可能。
光速飛行
怎樣實(shí)現(xiàn)超光速旅行
假如愛因斯坦的光速極限理論創(chuàng)立，這么我們要實(shí)現(xiàn)超光速就很難。并且假如我們繞過(guò)這個(gè)規(guī)則呢？
愛因斯坦曾說(shuō)過(guò)，時(shí)空可以扭曲。當(dāng)我們的宇宙飛船與周圍的空間是相對(duì)靜止時(shí)，假如我們將宇宙飛船后面的空間進(jìn)行壓縮，讓后方的空間進(jìn)行膨脹。這么就可以借助空間的曲率，讓宇宙飛船以超光速向前行進(jìn)。
愛因斯坦
這些曲相推動(dòng)的系統(tǒng)類似于《星際迷航》中的曲速引擎量子傳輸速度，在1994年，由化學(xué)學(xué)家米蓋爾?阿爾庫(kù)比雷（）首次提出。他按照廣義相對(duì)論推導(dǎo)入“阿庫(kù)別瑞度規(guī)”，這個(gè)時(shí)空度規(guī)容許飛船以波動(dòng)形式延伸空間，因而為曲速引擎提供了科學(xué)理論基礎(chǔ)。
曲率引擎
時(shí)空彎曲可以促使物體以超光速旅行，而且保持在一條類世界線上。當(dāng)空間扭曲得越厲害，宇宙飛船行駛的速率越快。
研究人員將曲速引擎界定為若干個(gè)等級(jí)，等級(jí)數(shù)與速率成反比。按照估算，1級(jí)曲速引擎可以達(dá)到光速，2級(jí)曲速引擎可以達(dá)到10倍光速，當(dāng)曲速引擎達(dá)到9.9級(jí)時(shí)，可以達(dá)到3053倍光速。
趕超光速不是夢(mèng)
我們前文提及的詹姆斯·奧多諾，通過(guò)扭曲因子進(jìn)行模擬超光速動(dòng)漫的原理是一樣的。不過(guò)其數(shù)據(jù)可能也在經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的不斷估算而有所變化。
以現(xiàn)今解釋的這個(gè)曲速引擎來(lái)看，假如以3053倍光速穿越銀河起碼須要32.8年，而要抵達(dá)遠(yuǎn)在254萬(wàn)光年的仙女座星體就須要832年。
仙女座星體
假如我們將宇宙縮小來(lái)看，可以見到其如同我們的腦部神經(jīng)一樣，密布著各種星體，星云等。而仙女座星體與銀河系相鄰，它和銀河系、三角星體等50個(gè)星體組成了“本星體群”。
“本星體群”又與臨近的大概100個(gè)星體團(tuán)組成更大的“室女座超星體團(tuán)”。其又與“孔雀-印第安超星體團(tuán)”和“長(zhǎng)蛇-半人馬座超星體團(tuán)”組成龐大的“拉尼亞凱亞超星體團(tuán)”，它的半徑達(dá)到5.2億光年。
拉尼亞凱亞超星體團(tuán)
假如以3052倍超光速飛行，須要差不多17萬(wàn)年時(shí)間能夠飛出“拉尼亞凱亞超星體團(tuán)”。
而我們目前可以觀測(cè)到的宇宙，半徑高達(dá)930億光年。難以想像，我們要遨游宇宙會(huì)有多么困難，科學(xué)家對(duì)超光速倍感絕望也是情有可原了。
星際穿越
蟲洞最早也是由愛因斯坦提出，他當(dāng)時(shí)預(yù)言宇宙中還存在黑洞、引力波和蟲洞等等。現(xiàn)今科學(xué)家早已相繼在宇宙中發(fā)覺了黑洞和引力波，但對(duì)蟲洞的存在還沒有證據(jù)表明。
依據(jù)科學(xué)家的說(shuō)法，蟲洞是彎曲時(shí)空中聯(lián)接兩個(gè)地點(diǎn)的捷徑，如同我們的時(shí)空隧洞一樣，可以用比光速還快的速率從A地到B地。
蟲洞
假如要開一個(gè)蟲洞就須要改變時(shí)空的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在量子引力論中可以實(shí)現(xiàn)。不過(guò)要開蟲洞就須要滿足這個(gè)區(qū)域內(nèi)是負(fù)能量，此前有科學(xué)家建議可以在大尺度上借助效應(yīng)或則宇宙弦來(lái)形成負(fù)能量。
然而這種建議有些不切實(shí)際，由于形成的負(fù)能量可能難以依照原先構(gòu)想的方式存在，也就難以產(chǎn)生蟲洞。并且科學(xué)家還覺得蟲洞即使存在也具有不穩(wěn)定性，因而要借助蟲洞來(lái)實(shí)現(xiàn)超光速旅行還有待研究。
借助蟲洞達(dá)到光速
量子糾纏可以說(shuō)是鬼魅般的存在，連愛因斯坦都因其嘔吐不已。在量子世界中，兩個(gè)伴生的粒子處在一個(gè)不確定的糾纏狀態(tài)，不管它們相隔多遠(yuǎn)，當(dāng)其中一個(gè)粒子深受影響，另一個(gè)粒子也會(huì)遭到影響，兩個(gè)粒子之間的傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光速。
假如我們能否將量子糾纏運(yùn)用到穿梭宇宙中，這么就可以實(shí)現(xiàn)超光速旅行。不過(guò)要證明量子糾纏的正確性還須要科學(xué)家進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和研究，相信在未來(lái)的某三天我們還會(huì)借助量子糾纏實(shí)現(xiàn)遨游宇宙的夢(mèng)想。
量子糾纏
宇宙中的超光速現(xiàn)象
其實(shí)我們現(xiàn)今的技術(shù)難以達(dá)到超光速，然而宇宙中卻存在著好多超光速的現(xiàn)象。
1934年前南斯拉夫化學(xué)學(xué)家帕維爾·阿列克謝耶維奇·切倫科夫發(fā)覺一種超光速的電磁幅射，它在介質(zhì)中的速率（水底為0.75c）大于真空光速。而核反應(yīng)堆中的粒子在水底可以超過(guò)光速，于是這些電磁幅射被命名為切倫科夫幅射。
切倫科夫幅射
1969年，J.等人就在《自然》上發(fā)表論文，表示她們觀測(cè)到3C273噴流的速率趕超光速。這一推論在1981年得到否認(rèn)。有研究團(tuán)隊(duì)對(duì)比了1977年和1980年3C273噴流的相片，發(fā)覺其速率是光速的9.6倍。
據(jù)悉仍然以來(lái)我們都覺得宇宙爆燃是始于一個(gè)奇點(diǎn)，而我們的宇宙從誕生至今仍然處于不斷膨脹的狀態(tài)，但是其膨脹速率還在降低。據(jù)科學(xué)家觀測(cè)，宇宙誕生之初的膨脹速率可以達(dá)到1秒一光年的范圍。
宇宙到底是如何的形態(tài)
在龐大的宇宙中，還存在著許多超光速的現(xiàn)象。以人類現(xiàn)有的技術(shù)可能要實(shí)現(xiàn)超光速還是有點(diǎn)困難。但雖然這么，我們探求宇宙的步伐也不會(huì)為此而停滯。相信總有三天，我們會(huì)發(fā)明出超光速的飛行器，去更寬廣的宇宙中探求。
