宇宙是如此之大,天体之间的距离非常遥远。如果星际飞船的速度没有达到宇宙最快的速度-光速,恒星和海洋的旅程将遥不可及。那么,我们将来可以制造出光速航天器吗?从理论上讲,爱因斯坦的相对论直接禁止了光速航天器的存在。轻型航天器的速度是静态的。当其速度加速到光速时,运动质量和动能将趋于无穷大。这需要无休止的能量来支撑,因此这是不可能的。
在经典物理学中,物体的动能仅取决于速度,因此它加速到光速,甚至光速也没有问题。但是在相对论中,质量增加效应使这成为不可能。下图显示了动态质量和速度及其关系:
可以看出,无论航天器的静态质量不为零,光速始终是无法达到的速度的上限。
但是,如果静态质量为零,则对象的速度只能是光速。因为存在动态质量,所以根据高等数学中的0/0类型不定式极限,由于动态质量公式中的分子为零,因此分母也必须为零,因此速度只能是光速。众所周知,只有光子和胶子没有静质量,这两个基本粒子始终以光速运动。
由于相对论效应,不可能将大型飞船加速到光速。甚至质量只有9.1×10 ^ -31 kg的电子也不能被粒子加速器加速到光速。到目前为止,光速的99.9999995%是电子被加速的最快速度。较早的报道说,美国宇航局计划在21世纪中叶开发一种最高速度仅为光速十分之一的航天器,并将其发送到距离光明四年的南门二号。但是,这是一艘无人飞船,需要数十年才能飞到南门二号。
宇宙是如此之大,以至数千亿光年,而速度和人类生命却受到限制。如果要实现星际穿越,最可行的方法可能是相对论所预测的虫洞。这个特殊的时空通道可以将地球连接到宇宙中最远的地方。有了虫洞,您不必走得更远,也无需花费很长时间即可到达宇宙的另一端。