《星球大戰》里的科學：火箭為什麼達不到光速？

目前我們用於太空旅行的技術還局限於燃料推進，而這一切都是以牛頓的運動定律作為前提的。根據牛頓第二、第三定律，對一個孤立的運動系統來說，總動量是守恆的；也就是說，任何運動都會產生一個等大的反作用。當太空飛船在發射架上蓄勢待發的時候，飛船和燃料的總動量為0。一旦飛船起飛，向下噴射氣體的動量會為飛船提供一個等大、向上的動量。這樣一來，雖然系統的總動量依然為零，但下噴的氣體推動了飛船上升。在這個系統中，飛船和燃料本質上是相互推動的。而這也使得燃料推動成為太空航行的不二之選，畢竟我們在太空中除了自己之外，也沒有什麼可推的了。

如果你看一眼停在發射台上的飛船，就會發現燃料推動的弊端是顯而易見的：飛船必須攜帶大量的燃料，這無疑加大了飛船的負重。而飛船的質量越大，用來加速的燃料也就越多。而且，就目前我們的化學水平來講，並不足以生產高動量的燃料以使飛船加速到極高的速度。動量是質量與速度的乘積，而目前化學燃料引擎能產生的速度並不高。一枚精良的燃料推動火箭，其速度能達到10000 英里（16093.44千米）每小時或者2.8英里（約4.5千米）每秒，而這只是光速的百萬分之十五，或者說0.000015c。將火箭加速到排氣速度其實並不難，飛船隻需要攜帶自重1.7倍的燃料，就足以將速度提升到0.000015倍光速。

怎麼樣，激動嗎？

既然這是燃料火箭速度的極限，為了產生一個更高的動量，我們必須繼續提升飛船的質量。為了將速度提升到上述的兩倍，燃料的質量需要達到飛船自重的6.4倍。這樣一來，依靠排出更大質量的氣體，我們才能使飛船達到更高的飛行速度。但質量的增加也並不是無限制的。科學家經過計算得知，僅將太空梭大小的太空船速度提升至0.004倍光速，其需要的燃料質量就已經超過了整個宇宙。所以，用燃料推進的方式，我們根本不可能讓飛船的速度接近光速。

那麼還有其他更好的辦法嗎？

讓我們再次回到動量的問題中：除增大質量外，提高排氣動量的另一個途徑就是提高氣體的速度。不過正如我們所見，燃料推進火箭的排氣速度是相當低的，而核聚變卻能提高排氣的速度。在一個可控的聚變環境下，施以能量，氫原子（或者其更重的同位素）可以聚變為氦原子。聚變而生的新原子質量略小於原來的兩個原子質量之和。根據愛因斯坦的質能方程，這一些許的質量減少會轉化成巨大的能量。（珍妮·卡維洛斯）

請您繼續閱讀更多來自 鳳凰新聞 的精彩文章:

※誰是NBA球商最高的球星？火箭雙星上榜，「中鋒」力壓詹皇登頂
※NBA球星一球成名的瞬間：艾弗森晃過喬丹，利拉德絕殺火箭！
※火箭湖人昔日暴力衝突大戰曝光，阿泰怒懟科比
※黑箭：英國唯一能發射衛星的火箭
※瘋狂撕咬＋極速風暴，哈登火箭祭出光速籃球，老邁馬刺成活靶！
※更大更強：飛往火星的火箭們
※NBA新賽季五大超級球隊：火箭成最大黑馬，騎士馬刺隕落！
※這就是火箭脫離太陽系各大行星所需的速度：木星太強大了！
※季後賽5大盼爆發球星：阿聯與大帝爭亞洲一哥 周琦欲打動火箭？
※NBA球星小腿誰最細？火箭舊將齊上榜，麥迪細長力壓群雄！
※【季後賽】細思極恐！雷火G2戰中，三分比勇士還準的火箭竟不是靠這贏球？
※美國發射秘密間諜衛星：搭乘全球最大火箭
※美國最強大火箭發射最新間諜衛星！
※李克微博曬NBA球隊的戰術板，雷霆跟火箭的亮了
※光速的旅程，一艘火箭以光的速度究竟能飛多遠
※強大到變態，中國的火箭炮讓俄羅斯大寫的服！
※火箭迎戰馬刺，罰球神技或再現江湖！
※今夏哪支球隊的交易最賺，火箭、雷霆、森林狼，三大贏家！
※騎士、火箭、尼克斯三方交易曝光，莫雷火箭成最大贏家