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2023-07-19
飞向未来：宇宙飞船的太阳帆飞行挑战
【摘要】：首先，我可以非常肯定地回答你，飞向未来是完全可以的。可是，人类想要让自己制造的飞行器速度提高1万倍，那简直就是一个遥不可及的梦想。如果宇宙飞船在太空中张开一张大大的太阳帆，就可以借助太阳风在宇宙中飞行。只是，太阳风非常微弱，只能提供很小的推力，不过，只要加速的时间足够长，日积月累，也能达到非常高的速度。带风帆的宇宙飞船在距离太阳100亿千米左右的太空中飞行，飞船上的宇航员焦虑地发现太阳风越来越弱
首先，我可以非常肯定地回答你，飞向未来是完全可以的。这是100多年前，爱因斯坦发现的秘密。他的相对论告诉我们，只要能坐上一艘速度足够快的飞船，运动了一段时间再返回地球时，我们就等于飞向了地球的未来。飞船的速度越快，地球上的时间流逝速度相对也越快。这些理论都已经得到了非常严格的实验证明。
但是我必须告诉你，虽然理论上是这样的，可如果要真正进行有现实意义的时间旅行，那以今天我们人类的技术，是遥不可及的。我们可以来看看速度和时间之间到底是怎样的换算关系：
现在，我们假设你坐上了以下这些飞行器，飞行了整整一年之后回到地球，你到底向前穿越了多少时间呢？
如果坐飞机，大约能向前穿越16秒。即便是坐上目前人类能够制造的最快的宇宙探测器，它的速度不到光速的万分之一，也只能大约向前穿越100多秒。这种程度的时间旅行，我们是完全感受不到的。
除非，我们能制造出速度达到光速90%的宇宙飞船，那就可以有那么一点点时间旅行的感觉了，如果我们在这艘宇宙飞船上飞了一年后回到地球，地球上的人就差不多经历了两年零三个月。
坐飞机绕地球飞行一年之后，回到地球，你到底向前穿越了多少时间呢？
如果能制造出速度达到99%光速的飞船，那时间旅行的感觉就非常明显了，地球上的时间会以7倍于飞船上的时间的速度流逝。
可是，人类想要让自己制造的飞行器速度提高1万倍，那简直就是一个遥不可及的梦想。现在人类能够制造的宇宙飞行器，全部都叫作化学火箭，就是将某种液体或者固体燃料在很短的时间内燃烧完毕，这样就能喷出气体，产生反推力。牛顿第三运动定律告诉人们，火箭想要产生加速度，就必须喷出东西，以人类现在的科技，我们能找到的最佳喷出物就是气体。像这类利用反作用力产生加速度的火箭，我们称为“工质发动机”。“工质”就是“工作物质”的意思，这类火箭必须把工作物质抛出，才能产生加速度。所以，这个原理就决定了化学火箭能够达到的速度是有瓶颈的，因为要持续产生加速度，就必须不断地抛出工质，而工质则是抛掉一点儿少一点儿，很快就会被抛完。而且，所携带的工质越多，火箭的质量也就越大；质量越大，产生同样的加速度，所需要的力也就越大。因此，化学火箭的效率是非常低的。你在电视上看到的那些火箭，它们的重量中有90%以上是燃料，在几分钟到几十分钟内就会烧完。(www.chuimin.cn)
在科学家们的设想中，下一代工质发动机是核聚变发动机。它利用核能来产生极高的温度，然后把物质分解成微小的离子。这些离子虽然很小，但是速度很快，当这些离子从火箭中喷出时，就可以提供动力。核聚变发动机与化学火箭相比，效率大大提升，产生同样的推力，可以携带少得多的燃料。可惜的是，人类目前的科技水平距离制造出这样的发动机还有很长的路要走，我们还有许多的技术难题没有解决。
化学火箭将某种液体或者固体燃料在很短的时间内燃烧完毕，这样就能喷出气体，产生反推力
核聚变发动机火箭和化学火箭对比图
除了工质发动机，还有一种方法可以在太空中推动宇宙飞船前进。你们应该见过大海中航行的帆船吧？海风吹着风帆，发出呼啦啦的声音。其实，在太空中，也有风，不过这种风不是空气的运动，而是太阳抛射出来的粒子运动，这就是太阳风。如果宇宙飞船在太空中张开一张大大的太阳帆，就可以借助太阳风在宇宙中飞行。只是，太阳风非常微弱，只能提供很小的推力，不过，只要加速的时间足够长，日积月累，也能达到非常高的速度。但是，太阳风能吹到的地方很有限，在距离太阳100亿千米左右的地方，太阳风就基本吹不到了。而这个距离从太阳系的尺度来看，只不过刚刚离开了家门口而已。
我期待着你们长大了，能够设计出更好的发动机，制造出真正的时光旅行飞船。
带风帆的宇宙飞船在距离太阳100亿千米左右的太空中飞行，飞船上的宇航员焦虑地发现太阳风越来越弱
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