为什么光速刚好是个这个速度？ | 死理性派小组 | 果壳网 科技有意思
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lz是想用环境常量来解释光速，但是lz有没有想过，环境常量其实就是衍生自光速的，也就是说光速本身是一个基础的环境常量，不能用其他的环境常量来解释，光速和很多其他的环境常量一起构成了万物的最基础的体系，至于为什么这些常量在人类的度量方式下是这个数值，只能说这是上帝掷骰子掷出来的了。
引用 的话：可惜我把公式写错了……只看问题还以为楼主问的是个哲学问题,看完评论才搞清楚楼主其实问的是个物理问题,
引用 的话：lz是想用环境常量来解释光速，但是lz有没有想过，环境常量其实就是衍生自光速的，也就是说光速本身是一个基础的环境常量，不能用其他的环境常量来解释，光速和很多其他的环境常量一起构成了万物的最基础的体系，至于为什么这些常量在人类的度量方式下是这个数值，只能说这是上帝掷骰子掷出来的了。"上帝从不掷骰子",深以为然
引用 的话："上帝从不掷骰子",深以为然是上帝不不掷骰还是上帝不存在？
引用 的话：人类定义了“米”这个长度单位和“秒”这个时间单位。光速只是基于“米”和“秒”的定义计算出来的。至于光速为什么是这个数字，很抱歉我不是物理专业的。话说以前的“米”使用日地距离来定义的，“秒”是用年或者日来定义的，所以光速就有了这么一个数字。后来发现之前的定义不严谨，所以重新定义了，而光速的数值由于习惯没有改变（貌似是这样吧，可以参考下）
引用 的话：是上帝不不掷骰还是上帝不存在？虽然没有直接证据证明上帝存在,但是也没有直接证据可以证伪上帝存在,所以.....
软件工程师，应用数学专业
磁导率和介电常数不是最基本的常数，是依赖光速的，微观世界中没有宏观意义的磁场和电场，只有光速，所以还是要回到光速是什么的问题上。量子力学中，距离和时间都是有基本单位的，光在普朗克时间的位移是普朗克长度，可见光速本来就是1，那是个宇宙绝对速度，非常简洁，不会再有人问光速是多少，剩下的问题只是怎样定义米和秒是的问题了。光1帧跑1个像素，不存在“为什么1帧不是跑2个像素”这样的问题，因为如果光1帧跑2个像素，那帧就要减半，还是回到1帧1像素。然后我们知道 ，1秒是2*10^43帧，1米是10^35像素，这样的定义自然和人类的生存环境有关，我们定义光速为30万公里每秒，自然也是秒、米的定义而来。
引用 的话：虽然没有直接证据证明上帝存在,但是也没有直接证据可以证伪上帝存在,所以.....如果上帝是否存在是一道二选一的必选题，你选哪个？
引用 的话：磁导率和介电常数不是最基本的常数，是依赖光速的，微观世界中没有宏观意义的磁场和电场，只有光速，所以还是要回到光速是什么的问题上。量子力学中，距离和时间都是有基本单位的，光在普朗克时间的位移是普朗克长度，可见光速本来就是1，那是个宇宙绝对速度，非常简洁，不会再有人问光速是多少，剩下的问题只是怎样定义米和秒是的问题了。光1帧跑1个像素，不存在“为什么1帧不是跑2个像素”这样的问题，因为如果光1帧跑2个像素，那帧就要减半，还是回到1帧1像素。然后我们知道 ，1秒是2*10^43帧，1米是10^35像素，这样的定义自然和人类的生存环境有关，我们定义光速为30万公里每秒，自然也是秒、米的定义而来。推这个，解释得很清楚了
引用 的话：磁导率和介电常数不是最基本的常数，是依赖光速的，微观世界中没有宏观意义的磁场和电场，只有光速，所以还是要回到光速是什么的问题上。量子力学中，距离和时间都是有基本单位的，光在普朗克时间的位移是普朗克长度，可见光速本来就是1，那是个宇宙绝对速度，非常简洁，不会再有人问光速是多少，剩下的问题只是怎样定义米和秒是的问题了。光1帧跑1个像素，不存在“为什么1帧不是跑2个像素”这样的问题，因为如果光1帧跑2个像素，那帧就要减半，还是回到1帧1像素。然后我们知道 ，1秒是2*10^43帧，1米是10^35像素，这样的定义自然和人类的生存环境有关，我们定义光速为30万公里每秒，自然也是秒、米的定义而来。1秒是3*10^43帧吧？否则算出来的光速不对。
麦克斯韦电磁理论里面有解释，有电磁波速度的导出公式。
软件工程师，网路安全从业者
引用 的话：其实你自己也没有弄明白你要问什么。你是要问以下的哪个？1、为什么光速是现在这个速度（与多少公里每秒无光），而不是现在的一倍？还是要问2、为什么光速刚好是绕地球的7圈半？我想你要问的是第1个吧，因为第2个不成立，光速并不是准确绕地球7圈半的。如果真是这样的话你的问题要改一下，肯定人家都糊涂了你到底要问什么。至于为什么光速刚好是现在这样，我也不懂。这和各个常数为什么是那样应该是一个理。对的 如果不是下面
帮着楼主解释，我也会觉得lz在问为什么恰好是那么一个数。
虽然有些民科，不过还是就我觉得我清楚的答一下。一次看了一个TED talk就顺便讲到了lz这个问题，为什么某些物理常量是某个数。答案是这个问题问的不太对。据说开普勒曾经测量出了地球太阳之间的距离，然后纠结了好长一段时间为什么这个距离是这个数字。但是后来我们发现，宇宙如此之大，以至于太阳地球之间的距离不再是个特殊的数值了，也就没什么好纠结的了。光速也差不多，弦理论不是预言大概有10的500次方个别的宇宙存在么，那么就有别的10个500次方种光速，这样我们的光速也没什么特殊的，宇宙大爆炸时随机决定的罢了。
看了那么多，认为楼主的问题应该改为“光速是如何得出”的。
楼主的问题貌似意义不大，比如说楼主5分钟跑1000m（ps这也太慢了）为什么偏偏是这个速度呢？？？？为什么呢？？？？
软件工程师，应用数学专业
引用 的话：1秒是3*10^43帧吧？否则算出来的光速不对。没太认真搜具体多少，大概而已。
机械测量1849年，阿曼德·斐索用旋转齿轮法求得 c = 3.153×108 m/s。他是第一位用实验方法，测定地面光速的实验者。实验方法大致如下：光从半镀银面反射后，经高速旋转的齿轮投向反射镜，再沿原路返回。如果齿轮转过一齿所需的时间，正好与光往返的时间相等，就可透过半镀银面观测到光，从而根据齿轮的转速计算出光速。1862年，莱昂·傅科用旋转镜法测空气中的光速，原理和斐索的旋转齿轮法大同小异，他的结果是 c = 2.98 × 108 m/s。第三位在地面上测到光速的是考尔纽（M.A.Cornu）。1874年他改进了斐索的旋转齿轮法，得 c = 2.9999 × 108 m/s。阿尔伯特·迈克耳孙改良傅科的旋转镜法，多次测量光速。1879年，得 c = (2.950) ×108 m/s；1882年得 c = (2.960) × 108m/s。后来，他综合旋转镜法和旋转齿轮法的特点，发展旋转棱镜法，年间，得 c = (2.904) × 108 m/s。迈克耳孙在推算真空中的光速时，应该用空气的群速折射率，可是他用的却是空气的相速折射率。这一错误在1929年被伯奇发觉，经改正后，1926年的结果应为 c = (2.904) × 108 m/s =
km/s。后来，由于电子学的发展，用克尔盒、谐振腔、光电测距仪等方法，光速的测定，比直接用光学方法又提高一个数量级。60年代激光器发明，运用稳频激光器，可以大大降低光速测量的不确定度。1973年达0.004 ppm，终于在1983年第十七届国际计量大会上作出决定，将真空中的光速定为精确值。
引用 的话：楼主的问题貌似意义不大，比如说楼主5分钟跑1000m（ps这也太慢了）为什么偏偏是这个速度呢？？？？为什么呢？？？？因为我一秒跑的距离决定的，我每一秒跑的距离是由于我体力 平时习惯 锻炼程度 甚至包括当天的心情 吃的食物 一切因素决定的。
引用 的话：你根本不明白我要问的意思。假设光速是X（X可以是任意单位 比如60万里 码 什么的）我想问的 为什么是这个速度 为什么刚好绕地球7圈半 不是8圈 也不是9圈。。。光速不是测量出来的，而是可以通过麦克斯韦方程计算出来的，也就是说，光速是电磁场的本性决定。楼主的最后一句话，关于质量。什么叫有“质量”？有质量可以简单的看作速度低于光速。如果静止质量为0，那么它的速度就是光速。推荐楼主看一下“分钟物理学”这组短片。我在这里就不负责任的转述一下，错了也不管：希格斯场存在于宇宙的每个角落，与他发生相互作用的粒子都会因为这个相互作用而减速，或者说运动受限，速度就会低于光速，也就是拥有了质量。而与希格斯场不发生作用的粒子，比如光子，就保持光速，永远不会停下来，那它就没有质量。而希格斯场与自身也会发生作用，而且作用强烈，作用的结果就是产生了希格斯子，也就是之前说的“上帝粒子”。
引用 的话：如果上帝是否存在是一道二选一的必选题，你选哪个？不存在普通意义上的神,但是存在神一样的生命,比如像我们观察蚂蚁一样观察我们的生命
这样啊，我想用为什么提问很多物理问题时候，答案往往就跑到人择原理上去了。即不是这样我们就不存在，多重宇宙的解释是有无数个宇宙巧了我们是这个。所以我觉得，您在死理性派问这个问题，可以说我想问题能体现光速物理意义的公式，我想问测光速的方法，我想问物理名词定义的原则与方法。这问题明确了大家就好回答了。
引用 的话：不存在普通意义上的神,但是存在神一样的生命,比如像我们观察蚂蚁一样观察我们的生命神不一定是生命吧，可以是某种能量
引用 的话：神不一定是生命吧，可以是某种能量脱离了具体物质形态,纯能量态的生命?
引用 的话：脱离了具体物质形态,纯能量态的生命?只能说是一种存在，已经超出生物定义的范畴了
引用 的话：只能说是一种存在，已经超出生物定义的范畴了嗯,不是说从宏观意义上来说地球也可以算作一种生命吗?
如果在另一个平行宇宙中光速变了，会不会还有一个你问这个问题呢？如果变了，你还能提出这个问题吗？
引用 的话：只能说是一种存在，已经超出生物定义的范畴了应该说可以控制宇宙所有法则 包括时间这一切所有法则。。。怎么看起来像小说。。。
空间曲率。。去看三体
引用 的话：因为凡存在一个物理常量，它总有个数值！我要是说阿伏加德罗常数是6.02e23，你是不是也要问为什么是6.02e23啊。当然，你肯定会问，就算我把所有的物理常数都罗列一遍，你还是有疑惑的对不？为什么它们等于这些，不多一点不少一点？是啊，为啥呢？我也不知道。要说是上帝设计好了的，你信不？引用 的话：因为凡存在一个物理常量，它总有个数值！我要是说阿伏加德罗常数是6.02e23，你是不是也要问为什么是6.02e23啊。当然，你肯定会问，就算我把所有的物理常数都罗列一遍，你还是有疑惑的对不？为什么它们等于这些，不多一点不少一点？是啊，为啥呢？我也不知道。要说是上帝设计好了的，你信不？我发现, 看这个帖子的人, 很多都没有理解原PO要问的问题啊...楼主的问题不是光速为什么是m/s, 而是为什么光速是这个整数或者几乎接近于这个整数.换句话说, 比如说一个人身高是199.99cm, 也会有人好奇为什么这个人是这个身高而不是178.54之类的数字. 还是看不懂的话我就不知道说什么啦...
引用 的话：我发现, 看这个帖子的人, 很多都没有理解原PO要问的问题啊...楼主的问题不是光速为什么是m/s, 而是为什么光速是这个整数或者几乎接近于这个整数.换句话说, 比如说一个人身高是199.99cm, 也会有人好奇为什么这个人是这个身高而不是178.54之类的数字.还是看不懂的话我就不知道说什么啦...总算来了一个又看懂的人。。。
引用 的话：我发现, 看这个帖子的人, 很多都没有理解原PO要问的问题啊...楼主的问题不是光速为什么是m/s, 而是为什么光速是这个整数或者几乎接近于这个整数.换句话说, 比如说一个人身高是199.99cm, 也会有人好奇为什么这个人是这个身高而不是178.54之类的数字.还是看不懂的话我就不知道说什么啦...对的，因为这个人身高是基因，成长坏境，吃的食物累积一些其他许许多多因素导致的。
由两个常数暂时导出的数字无非也是一种概念臆测结果，LZ的这种错觉我也触碰过···光速为什么恰好被存在于这个位置上？是吧···？你自己的位置存在只有1种，但外界对你的位置观察却可以是10^n种，LZ的问题中盘绕着太多的问题，不仅仅是C是多少？C来自哪？C究竟在哪？好吧··· ···写到这里，我想到了一个模型，或许可以脱离你想要的标准解释版本之外的一个版本，考虑到C，不妨直接去考虑两个交叉封闭圆环和一个独立封闭圆环的存在位置问题···这里面不止一种率的存在和干涉，但可以直接揪出C的缺陷
我觉得LZ一开始就问错了问题，不应该问为什么光速是30km/s，正确的问题应该是为什么在我们生存的这个环境中观察到的光速是这个常数，也许在之前或者不同的空间中有过不同的光速，但在那种情况下都不适合出现我们这种生物。就像问为什么地球与太阳的距离是（忘了是多少）是没有意义的，许多行星与他的宿主恒星有不同的距离，而太近或者太远都不适合人类的生存，所以正好在人类生存的这个行星上我们观察到了这个距离。
我明白了，实际上谁也不知道为啥是这个数，麦克斯韦把他和电磁场的性质（他的方程组）联系起来了，但是为什么麦克斯韦方程组是正确的呢？谁也不知道。他就是正确的，没有原因。或许哪天物理学大结局了，我们就都明白了
软件工程师，网路安全从业者
引用 的话：对的，因为这个人身高是基因，成长坏境，吃的食物累积一些其他许许多多因素导致的。你这问题就应该问：“有什么因素能影响光速？“或者”给与光子速度的动力是什么”
光速刚好是现在这个数值是因为亚历山大大帝的手肘恰好是那个长度【雾
其实LZ的问题可以推广到“为什么XXX物理常数的值是我们观测到的这么多？”总结一下吧：第一种解释是广义上的人择原理，大体就是：c是这么多，是因为我们存在于一个c是这么多的宇宙中。至于为什么是这样就可以有很多解释了，例如无穷多宇宙说（碰巧是这么多）、观测者说（只有c是这么多的宇宙中星系／生命／智慧才有可能存在）、造物主说（大概是最赖皮的一种，然而如果我们肯定人类科技有朝一日可以发展到模拟宇宙的地步，那么我们很有可能自己就生活在一个模拟宇宙中）等等。第二种思路是用其他更“基本”的物理量来解释，例如将光速与真空量子涨落、普朗克尺度什么的联系起来。终极目标是：既然所有的物理单位都是以实物为基础的，那么越往深处推，物理常数的值与物质本身的关系就会愈发紧密，最终说不定就形成了一个自恰的循环。还有人开始怀疑物理常数其实并不是“常数”，而是随着时间变化的。这个算是物理界比较先锋的想法了。当然啰，几乎所有研究都会假定这种变化是“自然”的——大刘畅想下的人为改变物理常量，那真是太超越了。。。
引用 的话：磁导率和介电常数不是最基本的常数，是依赖光速的，微观世界中没有宏观意义的磁场和电场，只有光速，所以还是要回到光速是什么的问题上。量子力学中，距离和时间都是有基本单位的，光在普朗克时间的位移是普朗克长度，可见光速本来就是1，那是个宇宙绝对速度，非常简洁，不会再有人问光速是多少，剩下的问题只是怎样定义米和秒是的问题了。光1帧跑1个像素，不存在“为什么1帧不是跑2个像素”这样的问题，因为如果光1帧跑2个像素，那帧就要减半，还是回到1帧1像素。然后我们知道 ，1秒是2*10^43帧，1米是10^35像素，这样的定义自然和人类的生存环境有关，我们定义光速为30万公里每秒，自然也是秒、米的定义而来。长姿势了……我一直以为把那个公式叫做真空介电常数的定义是因为国际单位制的缘故……
如果还要问为什么去这个值，我也不知道
KM是国际通用单位~你的60万里~~~~中国化啦。多少码？有点英式啦！
看过后面的回答，发现不少人没有认真理解楼主的问题。有人说是因为度量衡决定了真空中光速的数值，这固然没错，但是总觉得太狭隘了，因为不管是用什么计量单位，英制也好，公制也好，哪怕是用阿兹特克人的计量单位来计算，真空中的光速依然是那个速度，它就在那里，不增不减。。。。。好吧扯远了，实际上光作为一种电磁波，所谓光速其实应该算是“场”传播的速度，换句话说，不仅光速是这样。神马引力场之类的传播速度也都是同一个数值，这点从双星发射的引力波测量中可以证实，不过有人还是要问，为什么呢？我想套用一下相对论的解释，在相对论里，爱因斯坦把光速作为一个基础数值，因为运动导致的伦伦兹变换之后，物体的速度直接决定其时间流逝的速度，也就是说，在某个物体达到光速之后，时间几乎被认定为“静止”，而在一个因果律的宇宙中，迄今为止不存在比“静止”还“慢”的时间流逝，这也就是之所以光速成为极限的原因。相似的粒子，可以从绝对零度上来类比，虽然数学上你随便可以说个零下几百万摄氏度什么的，可是终究不能超过摄氏零下273.15度这个限制，因为到那一刻，原子振动已然静止。PS：也许有人说前段时间热炒的“负温度”，那个是一种计量，并不是真的比绝对零度还低。
引用 的话：看过后面的回答，发现不少人没有认真理解楼主的问题。有人说是因为度量衡决定了真空中光速的数值，这固然没错，但是总觉得太狭隘了，因为不管是用什么计量单位，英制也好，公制也好，哪怕是用阿兹特克人的计量单位来计算，真空中的光速依然是那个速度，它就在那里，不增不减。。。。。好吧扯远了，实际上光作为一种电磁波，所谓光速其实应该算是“场”传播的速度，换句话说，不仅光速是这样。神马引力场之类的传播速度也都是同一个数值，这点从双星发射的引力波测量中可以证实，不过有人还是要问，为什么呢？我想套用一下相对论的解释，在相对论里，爱因斯坦把光速作为一个基础数值，因为运动导致的伦伦兹变换之后，物体的速度直接决定其时间流逝的速度，也就是说，在某个物体达到光速之后，时间几乎被认定为“静止”，而在一个因果律的宇宙中，迄今为止不存在比“静止”还“慢”的时间流逝，这也就是之所以光速成为极限的原因。相似的粒子，可以从绝对零度上来类比，虽然数学上你随便可以说个零下几百万摄氏度什么的，可是终究不能超过摄氏零下273.15度这个限制，因为到那一刻，原子振动已然静止。PS：也许有人说前段时间热炒的“负温度”，那个是一种计量，并不是真的比绝对零度还低。“在某个物体达到光速之后，时间几乎被认定为‘静止’” “···因为到了那一刻，原子振动已经静止”我直觉到在粒子物理标准模型理论中只有0.0000999‰的人正在考虑完全可以用最最最经典的背景依赖原则来否定这两句话的存在感是否真实？
LZ泥又修改了……泥让我这个看到你最早版本然后做出了弱智回答的人情何以堪呐==
撸主知道人择原理吗？我们的宇宙之所以呈现出这样的常数就是因为这些常数变了的话就不会出现我们了 其实是因为光速啊普朗克常数啊万有引力常数啊等自然界的各种常数以现在的数值出现 才会使得宇宙以现在的方式运行 才会使得有概率使人类出现 所以说这些常数数值是我们的原因 而不是我们测量的表象
光速c 这个常数其实可以用相对论来验证、也可以用麦克斯韦方程来验证。但是这是两种理论。所以，物理学家想找到一个大一统理论（Grand Unification Theory），虽然目前还没有特别完善的体系。《时间简史》讲的比较好。
这个问题就跟为什么水100°才开一样白痴。
LZ是不是想问什么光速不会变》？
引用 的话：这个问题就跟为什么水100°才开一样白痴。不能这么说，事实上，水为什么100℃才沸腾，这是个实实在在的科学问题好吧？展开讨论也很复杂的。
引用 的话：磁导率和介电常数不是最基本的常数，是依赖光速的，微观世界中没有宏观意义的磁场和电场，只有光速，所以还是要回到光速是什么的问题上。量子力学中，距离和时间都是有基本单位的，光在普朗克时间的位移是普朗克长度，可见光速本来就是1，那是个宇宙绝对速度，非常简洁，不会再有人问光速是多少，剩下的问题只是怎样定义米和秒是的问题了。光1帧跑1个像素，不存在“为什么1帧不是跑2个像素”这样的问题，因为如果光1帧跑2个像素，那帧就要减半，还是回到1帧1像素。然后我们知道 ，1秒是2*10^43帧，1米是10^35像素，这样的定义自然和人类的生存环境有关，我们定义光速为30万公里每秒，自然也是秒、米的定义而来。恍然大悟！
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人类究竟可以飞多快？理论上可接近光速
来源：作者：晨风责编：弥尘
北京时间8月20日消息，据英国广播公司（BBC）网站报道，我们人类痴迷于追求更高的速度——运动员们不断打破田径场上的世界纪录，而美国空军则正致力于研制可以突破5倍音速的高超音速飞行器，每小时的飞行速度可达6100公里。然而这种飞行器将是不载人的。但不载人的原因并非是人体无法经受这样的高速运动，事实上，人类在此之前早就已经以超过5马赫的速度运动过。但是我们想要知道的问题是，人类能够承受的运动速度有没有一个极限？甚至是采用绿色能源的赛车都已经达到惊人的高速——但为了探索太空，我们需要比这高得多的速度目前人类的最快运动纪录由3名美国宇航员保持，他们就是阿波罗-10号的三名宇航员。1969年，当他们乘坐的飞船从月球后方绕过时，他们相对地球的运动速度高达每小时39897公里。美国空间设备供应商洛克希德马丁公司的吉姆·巴里（Jim&Bray）表示：“我想，在100年前我们肯定不能想象人类竟然可以接近每小时40000公里的速度运动。”但在今天，我们甚至可以很确定的知道，不久之后这个记录就将被再次打破。巴里是美国正在正在研制的下一代载人飞船“猎户座”（Orion）的项目主管。这种新型飞船的设计旨在将宇航员送入低地球轨道，它将非常有希望突破此前已经保持了46年之久的人类飞行速度记录。根据目前的计划，用于发射猎户座飞船的“太空发射系统”（SLS）火箭将在2021年发射升空，届时它将搭载宇航员访问一颗此前已经被拖入月球轨道的小行星，未来则还将承担起向火星发射载人飞船的使命。在当前阶段，设计师们预料这艘飞船的常规最高速度可以达到每小时约3.2万公里。但即便使用猎户座飞船的基本配置版本，当年阿波罗10号飞船的飞行速度记录就可以被突破。巴里表示：“猎户座飞船的设计着眼于在其整个生命周期内将要承担的多种使命。它的飞行速度还可以大大提升。”但即便是猎户座飞船也并不能代表我们飞行速度的极限。巴里表示：“并没有什么具体的障碍阻止我们人类飞得更快，除了一件事：光速。”真空中的光速大约是每小时10亿公里。那么我们有没有可能从当前的记录每小时4万公里开始逐渐提升，最终达到接近光速的水平？有趣的是，速度本身——也就是我们对于运动快慢的度量——对于我们的身体而言并不存在什么极限问题——只要这种运动时匀速且沿着一定方向的就可以。因此，理论上人体是可以承受以接近光速的速度飞行的情况的。但是，假设我们能够克服建造出超快速飞行器的技术难题，我们只要由水组成的身体仍然将面临许多超高速运动条件下可能将会出现的问题。另外一方面，如果通过对现有物理学的升级或是全新的发现，人类有朝一日能够以超光速的速度飞行，那么或许将会遇到意料之外的危险。美国新一代载人飞船“猎户座”将安装大量防护措施以确保太空飞行的安全过载的威胁还有一点非常重要，那就是：尽管我们现在就可以实现每小时4万公里的超高速飞行，但我们仍然必须缓慢加速到这样的速度，然后再缓慢地把速度减下来。快速的加速或减速对于人体将是致命的：相信大家都看到过两辆高速行驶中的汽车迎面相撞时对于车内人员身体的伤害情况——但要知道这种家庭小汽车速度再快也就每小时几十或上百公里而已。为什么会出现这样的情况？这里就涉及到宇宙中一个非常重要的现象：惯性。任何有质量的物体都会抗拒对自身运动状态的改变。在牛顿第一定律中对惯性现象有着非常好的描述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。巴里表示：“对于人体而言，匀速才是好事。我们应当担心的不是速度，而是加速度。”大约一个世纪以前，实用型坚固飞机的出现可以让飞行员在高速飞行中进行机动，很多飞行员后来都报告了与速度与方向改变相关的一些奇怪现象，包括短暂的视力丧失以及感到自己的身体变得沉重或失重。这就是加速度的影响，或者直接就用多少个g来表示，它所代表的含义就是施加在一定质量的物体，比如人体之上加速度的大小。顾名思义，一个g就相当于地球的引力施加在人体身上的加速度，所谓重力加速度，其大小在海平面高度上约为9.8m/s2。g的方向是垂直的，从头指向脚或是反过来。这对于飞行员或宇航员而言绝对是一个坏消息：当这一加速度（或称作“过载”）为负值时，血液从全身向人的头部集中，导致头部出现严重涨感，很像当我们用双手倒立时的感觉。此时飞行员会满脸通红，眼球充血。反过来，当这一加速度为正值时，血液从头部涌向脚部，在极端情况下眼睛和大脑将出现缺氧症状。此时飞行员就可能发生视力模糊甚至短暂失明的状况，最严重时会导致飞行员的昏迷，专业上被称作“过载引发意识丧失”（GLOC）。有很多航空事故的原因都是飞行员的短暂失明或昏迷导致的。一般人大致可以忍受从头向脚方向大约5个g的持续过载，超出这一限度就会陷入昏迷。而受过专业训练并穿着专业飞行抗压服的飞行员则可以在高达9个g的持续强过载压力下仍然意识清楚地操控飞行器。总部设在弗吉尼亚州的美国航空航天医学协会执行主管杰夫·斯文特克（Jeff&Sventek）表示：“就短时间内而言，人体可以承受远超9个g的过载压力。但如果持续时间过长，那就很少有人能够承受了。”如果只持续很短的时间，我们的人体可以承受非常强大的过载而不会造成严重伤害。目前的这项纪录保持者是美国空军上尉小艾利·贝丁（Eli&Beeding&Jr）。他曾经在1958年的一次火箭发动机滑轨实验中记录到82.6g的惊人过载，当时他乘坐的安装了火箭发动机的滑轨器在10秒内加速到了每小时55公里。贝丁当场昏迷，但随后清醒过来后发现只是背部有些许擦伤。这是一次对于人体承受力的绝佳展示。美国空军正在开发能够以超过5倍音速飞行的超高速飞行器技术飞向太空基于所执行的不同任务类型，宇航员们也会经历较高的过载环境：一般火箭发射和飞船返回地面时他们需要承受3~8个g的过载。如果加速度的方向是前胸向后背的，此时较高的过载对于人体的影响是比较小的，因此我们可以看到绝大部分的飞船设计中都会将宇航员们束缚在座椅上，使其面朝飞行加速方向，这是非常科学的设计。而一旦进入稳定的巡航飞行阶段，此时飞船的轨道速度约为每小时2.6万公里，而此时宇航员将不会感受到速度的存在，就像我们坐在高速飞行的客机中非常舒适一样。不过，如果说过载可能并不构成对于猎户座飞船长期任务的威胁的话，小型的太空岩石则可能将会是一种威胁。这些细小的太空岩石颗粒可以达到惊人的运行速度，有些超过每小时30万公里。为了保护飞船和内部的乘员，猎户座飞船设计了厚度在18~30厘米的保护性外壳，另外还有其他的保护性措施和备份设备。巴里表示：“这样我们就能确保飞船不会失去某样关键设备，对于整个飞船而言，我们必须考虑这种太空微陨石可能来袭的角度。”事实是，太空微陨石的威胁还不是未来深空载人飞行将要面对的唯一问题。随着载人飞行的空间飞行速度不断提升，比如执行火星飞行任务时，其他一些问题也必须引起重视，其中就包括宇航员的食物问题以及长期暴露在高剂量宇宙射线环境下可能引发的癌症风险。这些因素在短期太空飞行中都是可以基本忽略的，但在长期飞行中就无法忽视这些问题。美国阿波罗-10号的三名宇航员是迄今飞行速度最快的人。但他们的这项纪录还能保持多久？未来的太空旅行我们对于速度的追求将为我们自己设置前所未有的障碍。将可能突破阿波罗10号速度记录的美国新型飞船的设计仍然将尽量采用经过验证的可靠技术和材料研制，以及基于化学推进的发动机系统，这是人类从第一次太空飞行至今一直采用的方案。然而这样的传统方案在速度方面存在严重的限制，因为其推进效率是非常低下的。因此，为了实现人类火星飞行以及其他目的地的飞行任务的高效执行，科学家们认为有必要开发其他更加高效的推进系统。巴里表示：“今天我们所拥有的设备已经足够让我们到达那里，但我们仍然希望能够看到推进系统的一场革命。”埃里克·戴维斯（Eric&Davis）是设在美国德州奥斯丁的“高等研究所”的一名高级研究科学家，并参与了美国宇航局的“突破推进物理项目”，这是一项持续了6年时间，在2002年结束的技术研究计划。这项梳理出了3种最具有潜力的未来推进方案，这些方案基于传统物理学理论，并且一旦成功将可以让人类宇航员实现行星际航行。简单来说，这三种方案分别基于核裂变，核聚变以及反物质推进。第一种方案的原理是分裂原子，就像在商业核电站中发生的那样。第二种方案则是聚变，合并原子核——这是恒星能源的来源，这项技术人类还尚未能实现可控，或许在未来50年内可以实现。戴维斯表示：“这样的技术非常先进，但仍然是基于传统物理学原理的，并且从原子时代的早期便已经被提出。”从乐观的角度估计，采用核裂变和核聚变技术的推进方案理论上将能够将飞船加速到光速的10%左右，也就是大约每小时1亿公里。当然，最强大的推进方案是第三种，也就是利用正反物质的湮灭反应实现推进。物理学原理已经阐明，当普通物质与反物质相遇时将会发生湮灭反应并释放大量能量。今天，粒子物理学家们已经实现了对反物质的少量制造和储存。但要想制造出有实用意义的大量反物质粒子则仍然需要等待下一代的新型设备和技术，而要想将其转变为实际的飞船推进技术则将极大地考验人类的工程学技术。但戴维斯指出，目前工程师们已经提出了很多非常绝妙的设想方案。如果使用反物质推进引擎，一艘宇宙飞船将能够在持续数月乃至数年的时间里不断加速，达到非常高速度的同时让过载量控制在一个宇航员可以承受的范围内。然而，如此惊人的高速将可能对人体产生全新的危险。高速飞行风险当人以每小时上亿公里的惊人高速飞行时，太空中的任何微粒，从氢气原子到微陨石，实际上都将变成对飞船可能产生威胁的“子弹”。亚瑟·爱德斯坦（Arthur&Edelstein）表示：“当你以这样的高速飞行时，这些微粒相对你的速度将变得非常高。”亚瑟·爱德斯坦的父亲威廉·爱德斯坦（William&Edelstein）在去世之前是美国约翰霍普金斯大学医学院的一名教授，这父子两人在2012年共同发表的一篇论文中阐述了太空中的氢原子对于高速飞船可能构成的风险。尽管在深空环境下，空间内氢原子的密度仅有大约每立方厘米一个原子的水平，但这些原子可能会转变为强烈的辐射。当与高速飞船接触时，氢原子将会破裂形成许多亚原子粒子并穿透飞船，对宇航员和设备都会造成辐射伤害。当飞船速度达到光速的95%左右水平时，这样的辐射暴露将会达到致命的程度。另外以如此高速进行飞行的飞船还将面临加热问题，摩擦产生的高热几乎将会熔化任何现有的传统材料，而宇航员体内的水分将会沸腾，这些都将是极为棘手的问题。在2012年的论文中，爱德斯坦父子提出了利用强大的“磁场报护罩”来保护飞船免受这种氢原子“雨”轰击的方案。但即便采用了磁场保护罩技术，飞船的飞行速度仍然不能超过大约光速的一半，如果超过，宇航员仍然将面临致命辐射危险。马克·米尔斯（Marc&Millis）曾经担任美国宇航局“突破推进物理项目”的主管。在他看来，爱德斯坦父子所提到的这种高速风险目前还根本没有到需要列入实际考虑的阶段。他说：“根据目前我们的物理学水平，要想达到光速的10%已经是非常困难的了。我们还没有达到将会出现危险的地步。打个比方，在我们都没有办法进到水里之前，我们还不需要担心溺水的问题。”超越光速？那么假设有一天我们真的学会了游泳，那么我们未来也会学会时空冲浪吗？或者说我们有没有可能达到超光速飞行？关于超光速飞行的设想，尽管基本是基于猜想，但也并非是完全毫无根据的。其中的一种理论就是电影《星际迷航》中出现的所谓“曲率驱动”概念。从正式物理学角度来说，这种引擎的原理是“阿库别瑞驱动”（Alcubierre&drive），其主要涉及对位于飞船前方，爱因斯坦理论中所描述正常时空进行压缩并在飞船后方将压缩的时空释放的过程。从本质上看，飞船此时是在时空的“团块”中前行，就像一个“曲率气泡”（warp&bubble）。通过这种方式来突破光速的限制。在进行这样的时空跳跃期间，飞船本身仍然被安全地放置在自身的“正常时空”里，从而避免了对宇宙光速限制的违背。戴维斯表示：“如果说传统的飞行方式就像在水里游泳，那么阿库别瑞驱动就像是冲浪，在浪尖上前进。”但实现这项技术面临的最重大问题就在于它将需要一种特殊的物质，其具有负质量，以用于压缩或膨胀时空。戴维斯表示：“物理学原理并不禁止负质量。但目前我们还尚未找到真实案例，在自然界中也从未观察到这样的案例。”另外一个问题，2012年澳大利亚悉尼大学的研究人员发表的一篇文章指出，在进行这样的飞行时，由于飞船所在的，拥有正常时空特征的“曲率气泡”将无法避免与宇宙中其他物质的接触，它将遭受严重的高能宇宙射线轰击。部分这样的宇宙射线将会进入气泡内部并产生致命辐射。困在亚光速水平？这样看来，因为我们生物学上的脆弱性，我们将会被永远地困在亚光速水平上吗？这个问题的答案将直接关系到我们人类是否有朝一日将能够在星系中自由航行，也关系到我们人类是否未来有可能成为一个强大的星系种族。假如按照爱德斯坦父子提出的一半光速的速度极限飞行，我们往返最近的恒星大约需要16年时间。并且根据相对论，以大约一般光速飞行的飞船，其经历的时间膨胀效应将不会非常显著。但米尔斯对此仍然抱有希望。他认为随着人类开发出越来越先进的抗过载服以及微陨石防护技术，未来的人类将能够克服越来越高速飞行环境下将可能面临的困难。他说：“如果未来的物理学能够让我们开发出难以置信的高速飞行器，那么我相信未来的物理学也将让我们开发出难以置信的防护措施。”
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