人类能飞出银河系吗？

<p align="left">　　提到相对论，一些与航天有关的更具幻想的命题就出来了。例如，爱因斯坦狭义相对论的质量与能量关系和时间速度效应问题，引发了能不能实现超光速宇宙航行的持久争论。它的答案到底是什么？这关系到未来能不能实现宇宙远航。这个基本问题如果得不到答案，那么人类航天的前景是否就会变得暗淡？因为我们的航行速度无法超越某种极限。现在，绝大部分物理学家依据狭义相对论的观点，仍然坚信我们的航行速度不可能超越光速（图1）。</p><p align="center"></p><p align="center"> 　　</p><p>　　图1  任何航天器都不能超过光速 </p><p>　　</p><p>　　现代人类航天器已经实现了16.7千米/秒的第三宇宙速度。但是，如果以这样的速度去进行星际航行，要飞出银河系，那简直是“天方夜谭”。宇宙中星际间的距离是用光年来度量的，于是，人们必然会想到光速飞行！可是能不能实现光速飞行呢？爱因斯坦狭义相对论的质量与能量等价学说，推论一切物质的质量（m）乘以光速（c）的平方等于能量（E），即著名方程E=mc2。一个静止的物体，它的所有能量都包含在它的静止质量中；物体一旦运动，就会产生动能，这个动能也会叠加到质量上去，运动速度越高，动能越大，物体质量就越大。这个推论被一些科学实验所验证。按照这个理论，当航天器加速到光速的99.999 999 996%时，质量会增加10万倍，显然航天器要实现光速航行几乎是不可能的。但是，同样是爱因斯坦狭义相对论，又提出了“尺缩和钟慢”的时间速度效应理论预言，即：当一个物体高速运动时，路程的长度会变短，时钟会变慢。当航天器接近光速时，运动路程的长度会变得无限短，运动的时钟几乎停摆。相对静止的物体则长度收缩为零，时间膨胀为无限大。换言之，航行的距离会相对变“短”，需要的时间也会缩“短”。这个预言同样被众多科学实验所验证。如此说来，以接近光速进行星际航行又成为可能的了！有人计算过，如果航天器按1g加速度不断加速航行，那么加速到0.999 934倍光速时，航天器上的航天员经过5年时间，可以飞出距离地球83.54光年之外的地方。同一理论的两个推论，如果都对，如何统一？这成了当代物理学家需要探讨和实验验证的问题。 </p><p>　　美国科学家在20世纪60年代就提出了一种采用小型氢弹爆炸产生核聚变脉冲来加速的飞船，并为其取了一个响亮的名字——奥利安；日本人也在80年代提出过1g加速冲压喷气飞船的模型（图2）。此外，还有美国微波帆星束号飞船等各种方案，企图最大限度地提高航天器的飞行速度，从理论和技术上来验证宇宙远航是否可行。这些都说明，幻想与求索只是一步之遥，只有敢于幻想，才会产生求索的动力。</p><p align="center"></p><p align="center"> 　　</p><p>　　图2  幻想中的准光速宇宙飞船 </p><p>　　左：美国奥利安飞船模型； </p><p>　　右：日本1g加速宇宙飞船模型</p><p>　　</p><p align="left">    来源：《中国载人航天科普丛书？探秘太空》　　</p><p>　　</p><br />