众所周知,我们所居住的地球处于太阳系内部,而太阳系位于更巨大的银河系。银河系是一个巨大的螺旋星系,它的直径大约为10万光年。光的速度为每秒30万公里,一光年为光行走一年所需要的距离,按照这样换算下来,一光年大约等于9460亿公里。因此,银河系的10万光年直径对我们来说是如此的巨大。
如果以地球上的观察者来说,光从银河系中心到达边缘需要5万年的时间,这远远大于人类的寿命。因为光是宇宙中最快的速度,所以人类永远也无法飞出银河系。网上有人就说,就算人类能达到光速的1000倍,飞出银河系所需的时间也还是远远超过人类的寿命。因此,他们得出一个结论,人类被银河系困住了。
请注意,我上面使用的是地球上的观察者。事实上,根据狭义相对论,速度的差别会带来时间上的膨胀,而根据广义相对论,引力场或者加速度场也会带来时间延缓。因此,对于处于飞船中的人来说,他所经历的时间和地球上的人所经历的时间是不一样的。通过这一理论的突破,或许我们能找到方法来飞出银河系。
当你阅读许多关于星系旅行的科幻作品时,你可能会接触到一个概念,那就是恒加速度推进。这个概念的厉害之处在于,它能使飞船处于一个恒定的加速度之中,通常为人体所熟悉的1个重力加速度(1g)。1g的加速度会让你感受到类似地球的引力,因此它是相当舒适的。
在飞出银河系旅行的前半程,飞船以1g的加速度持续加速,最终能使飞船接近光速,但又不会超出光速,违反相对论。在后半程的旅行中,飞船将以1g的加速度减速,直到飞出银河系。根据哈佛大学物理系教授的计算,整个过程中宇航员只感觉过了20-25年,并没有超出人类寿命。
相对论是一个强大的科学定律,时间膨胀和尺度收缩其实是硬币的两个面。在飞船上的人觉得他们之所以能这么快飞出去,是因为他们的尺度缩短了。而在其他人看来,原因则变成了时间膨胀。不过,虽然他们能在20多年之内飞出银河系,但地球上照样经历了数万年的时间。如果他们还能回到地球,他们会发现自己像是穿越到了未来。
诚然,这在理论上是正确无误的,但唯一的缺点是技术上无法实现。把飞船加速到接近光速需要大量的能量,目前这还是一个无解的难题。