飞到仙女座,需要你活上两百五十万年吗?
答案可能比你想的更诡异。按照相对论,在一个理想的飞行模型里,你可能只需要经历二十九年。
但代价是,等你抵达目的地,地球已经过去了大约两百五十万年。
你出发时认识的所有人,都不可能再等到你的消息。你以为自己只是出了一趟远门,实际上,你已经离开了属于自己的整个时代。
这到底是怎么算出来的?
先抬头看看夜空。在足够黑暗的地方,你有机会看见一小团模糊的光。它看起来甚至不像一颗清楚的星星,却是银河系附近的另一个庞大星系,仙女座。
它距离我们大约两百五十万光年。
你现在看到的光,是两百五十万年前出发的。那时候,地球上还没有今天这样的城市,也没有人在屏幕前讨论怎么去另一个星系。
这些光一路飞过来,我们的文明才在最后很短的一段时间里出现。
可光能过来,人能过去吗?
如果按照旅行者一号每秒大约十七公里的速度,把这段距离直接除过去,答案是四百多亿年。
注意,这只是一道不考虑目的地运动的距离算术。可这个数字已经足够让人失去耐心。它比宇宙现在的年龄还长好几倍。
你给飞船多装几个发动机,能解决吗?
问题恰恰从这里开始。
飞船要加速,就需要能量。如果靠自己携带燃料推进,你带上去的燃料也有重量,也需要被加速。为了推动更多燃料,你又得携带新的燃料。
你越想飞快,飞船就越容易被自己的补给拖住。
即使解决了发动机,你还得解决食物、空气、设备维修,以及漫长航程里的辐射。
最后,还有一个最不好解决的东西。
你的寿命。
面对两百五十万光年,人的一辈子短得几乎可以忽略。所以这趟旅行看上去没有任何机会。
但相对论在这里,留下了一道非常奇怪的缝隙。
我们平时习惯觉得,无论你站在地上,还是坐在飞船里,一年就是一年。大家的钟虽然摆在不同地方,走过的时间应该差不多。
可速度接近光速以后,这个直觉就不管用了。
从地球的参考系来看,高速飞船上的钟会走得更慢。
这种变化影响的并不只是手表。你的心跳、身体里的化学反应,以及你经历的衰老,都要一起算进去。
而你自己不会觉得生活突然变成了慢动作。你照样吃饭、睡觉,觉得每一天都很正常。
这也不是为了星际旅行临时编出来的设定。时间膨胀已经在粒子和精密时钟的实验里被反复检验。
不过,别急着高兴。
把飞船开到光速的百分之九十九,听上去已经快得吓人,可对于仙女座这样的距离,依然远远不够。
哪怕先忽略加速和减速,按这个速度匀速飞行,你在船上也要经历三十多万年。
所以,“接近光速”这四个字,里面还藏着一道深不见底的鸿沟。
那么,二十九年又是从哪里来的?
现在假设,你有一艘现实中还造不出来的飞船。
它能够持续加速,而且你在船上感受到的加速度,大约相当于站在地球表面时的重力。你可以踩着地板生活,不需要一直漂在空中。
前半程,飞船朝仙女座持续加速。到了中点,把推进方向调过来,后半程持续减速,争取抵达时停下来。
在忽略燃料、辐射等工程困难的理想模型里,算出来的结果是,你在飞船上大约经历二十九年。
你二十岁出发,到达时可能还不到五十岁。
你没有超过光速,也没有钻进虫洞。
从高速旅行者的参考系来看,沿飞行方向测量的距离会缩短;从地球的参考系来看,你的钟积累的时间更少。
同一趟旅行,两边记录的时间,可以相差到这种程度。
可这并不意味着,你替地球省下了两百五十万年。
地球那边,仍然过去了大约这么久。
这是这趟旅行最残酷的地方。你可以在自己的寿命里赶到另一个星系,却不能让故乡停在出发那天。
就算你立刻发回一句“我到了”,消息还得以光速往回走。等它抵达地球,又是一段百万年的等待。
跨星系旅行,连报平安都成了一件跨越时代的事。
而现实的难题,比这个结局还要靠前。
要让一艘飞船长期维持这样的加速,需要极其庞大的能源。速度越逼近光速,继续提速需要付出的能量就越惊人。
而你还得把减速的账一起算上。否则,你只是高速冲过仙女座,根本没有办法留下来。
接着,原本看起来空荡荡的太空,也会变得危险。
稀薄的气体、微小的尘埃,在极高的相对速度下撞上船体,都可能带来严重破坏。迎面而来的光,也会因为蓝移变得更高能。
你想增加防护,就得增加重量。重量一上去,推进它所需要的能量又跟着增加。
数学允许我们计算这趟旅程,不代表工程师已经有了制造飞船的办法。
那有没有捷径?
比如科幻电影里的曲速飞行,或者连接两个地方的虫洞。
这些想法很迷人,但目前都没有成为可以载人出发的技术。我们不能把一个理论设想,直接当成已经存在的宇宙高速公路。
也许最先跨越星系的,会是我们制造的机器。
它不需要呼吸,不需要食物,可以省去大量维持人类生存的设备。但机器同样需要能源、防护和漫长的可靠运行,距离也不会因为乘客换了身份就自动消失。
所以,人类能不能抵达仙女座?
用今天的技术,做不到。
相对论告诉我们的,是一个更微妙的答案:两百五十万光年的距离,不一定要求旅行者亲自活上两百五十万年。
可就算有一天,我们终于造出了那艘飞船,出发前仍然有一个问题要想清楚。
你愿不愿意用二十九年的人生,换一个再也回不到原来时代的未来?
到时候,舷窗外是你第一次看见的仙女座。
而你身后的银河系里,曾经那个等你回家的世界,已经过去了两百五十万年。
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