火箭在太空中一直加速，能夠超越光速嗎？兩種方法或許可以

探索宇宙說

科學達人，優質創作者

本文參加百家號 #科學了不起# 系列征文賽。

速度是人類探索地球，探索宇宙的重要輔助。古時候的人們正是由於缺乏快速的交通工具，沒有速度的優勢，對於這個世界的了解才非常有限。

隨著人類走進科技時代，在科技的幫助下，人類發明了先進的交通工具，才有了探索地球的希望。在速度的優勢下，地球由原來的廣闊無垠變成了一個有限的地球村，實現了古人的夢想。

走遍地球，對於現代人類來說根本不是事，只要你願意，坐著飛機就能夠短時間內走遍地球的每一個角落。而進入科技時代的人類，目光已經不再局限於小小的地球，而是放眼宇宙。

在宇宙的面前，地球渺小如塵埃，而探索浩瀚的宇宙成為了人類的新目標。而要探索宇宙自然需要也需要速度的優勢，我們在地球上自以為豪的速度，在宇宙面前連龜速也算不上。

當然，物體在宇宙中航行，基本也不會受到阻力的影響，這是因為宇宙中的物質密度是非常小的，在半徑465億光年的可觀測宇宙中，存在著多達10^50噸的物質。但換算成密度，僅為9.9×10^-27千克/立方米，這意味著1立方米的空間中只有5.9個質子。也就是說，太空幾乎是真空狀態。

在一個基本接近真空狀態的宇宙中穿梭，物體運動時受到的阻力基本為零，正是由於宇宙中阻力基本為零，地球才能夠繞著太陽一直公轉46億年。如果有明顯的阻力，那麼地球早就耗盡了能量，掉進了太空之中。而宇宙中的天體能夠一直保持一個穩定的運動狀態，跟宇宙基本是真空環境有著密切的關系。

既然宇宙是一個真空狀態，根據牛頓定律，那麼只要給物體持續一個加速度，那麼理論上它就可以一直加速下去。於是有朋友產生了這樣一個疑問：如果火箭在宇宙中能夠一直加速，能夠超越光速嗎？

在愛因斯坦相對論沒有提出之前，人們根據牛頓第一定律，自然會認為火箭可以在真空環境下一直加速，只要持續下去，那麼達到光速，超越光速都是可以的。

可是隨著狹義相對論的提出，有關速度的問題有了一個初步的定論，那就是速度不可以無限加速下去，它有一個極限那就是光速。有質量的物體速度只能無限接近光速，無法達到更無法超越。為什麼物體的速度無法超越光速呢？

牛頓第二運動定律表明，只要火箭有動力，加速度一直大於0，火箭就能持續加速。照此來看，火箭加速到超光速只是時間的問題。可是狹義相對論又表明，物體的運動跟質量有正比關系，隨著物體運動速度的增加，其質量也會不斷增加。

當速度加速到無限接近光速的時候，物體運動的質量也會增加到無窮，而這意味著物體的動物也會變得無窮大，需要的能量也是無窮大。宇宙中沒有無窮的能量讓物體的速度達到光速，更不要說超越光速了。所以，有靜止質量的物體連光速也是無法達到的。

那麼相對論中有關物體速度無法達到光速的描述是否正確呢？科學家通過大量的實驗，對此進行了驗證，結果證明物體的速度的確無法達到光速。科學家對此進行驗證使用的是粒子加速器，通過對電子進行加速，得到了實驗結果。

要知道電子的質量僅有9.1×10^-28克，根據經典物理學來計算，把一個電子加速到光速所需的能量僅為4×10^-14焦耳，這是一個非常小的能量，是可以輕松做到的。可是在現實中，科學家通過目前世界上最強大的強子對撞機，對電子進行了加速，可是不管如何努力，電子的速度只能達到99.999999%，是一個無限接近光速的值。

通過實驗我們可以看出，物體的速度的確無法達到光速，更不要說超越光速，因此，火箭在太空中不管如何加速，它的速度永遠不會達到光速。看到這裏的結果，相信很多朋友都會感到沮喪，要知道浩瀚的宇宙大到我們無法想象，僅僅是人類可觀測的宇宙範圍就達到了930億光年。

如果物體的速度無法超越光速，那意味著人類將永遠被困在一個有限的星空範圍內，不要說探索整個星空，就是一個小小的銀河系，我們也走不出去。失去了速度的優勢，人類還談何探索宇宙，還如何實現人類的夢想？

那麼速度無法超越光速嗎？當然也不是，物體的速度的確連光速也達不到，可是在神秘的宇宙中，卻有不少的超光速現象，最顯眼的就是宇宙的膨脹，它的速度就遠遠超過了光速。

於是愛因斯坦又提出了偉大的廣義相對論，在廣義相對論中，速度沒有了光速的限制，只要條件能夠達到，速度可以無限提升。那麼廣義相對論中的速度跟狹義相對論中的速度相悖嗎？其實互不沖突，狹義相對論中的速度是指物體的運動速度。

而廣義相對論中的速度則是指空間的扭曲程度，根據廣義相對論，我們的宇宙並不是堅硬而平坦的空間，我們可以將宇宙想象成一個柔軟的氣球，有質量的物體會將宇宙空間壓彎，這樣空間內的兩個點就會不斷接近，距離大幅縮短。

當物體掉進這樣的彎曲空間內，那可以從一個空間點快速到達另一個空間點，從而實現超光速飛行。這種飛行模式科學家稱之為曲率航行，也可以稱之為空間跳躍，這是實現超光速飛行的一種方法。

曲速飛船可以讓前方的空間處於收縮的狀態，並讓後方的空間處於擴張的狀態，於是，曲速飛船就能在這樣的曲速泡中高速運動，甚至可以超光速。這種超光速並不違背狹義相對論，因為飛船本身的速度並沒有達到光速，超光速前進的是飛船周圍的空間。

實現超光速溶飛行還有另外一個方法，那就是通過蟲洞。蟲洞是根據相對論提出的一個猜想理論，這是宇宙空間扭曲到極致後形成的一種通道，通過蟲洞我們可以快速到達宇宙的另一邊，是未來人類有希望實現宇宙探索的最主要方式。

當然，對於蟲洞目前還只是一種理論猜想，它在現實中是否存在，還需要科學家的不斷努力探索。如果我們能夠在宇宙中發現蟲洞的存在，那麼人類未來將宇宙變成宇宙村的夢想也就有了實現的可能。