为了达到接近光速的速度，多级火箭将需要随着速度的增加而降低部分质量，如此处所示的超级哈斯火箭所做的那样假设您想进行一次星际之旅，并尽快到达目的地。 您可能要等到明天才能执行此操作，但是如果您拥有所有必要的工具和技术，以及爱因斯坦相对论的一点帮助，那么您能否在一年内达到目标？ 接近光速怎么办？ 这是我们读者本周提出的问题：
我最近读了一本书，其作者试图通过想象宇宙飞船以1 g的加速度飞行20年然后返回，来解释孪生悖论。 在这样的时间内能否保持这样的加速度？ 例如，如果您在新的一年的第一天开始旅行，并以每秒9.8米/秒的加速度飞行，那么根据计算，到今年年底就可以达到光速。 然后如何进一步加速？
要升空，必须保持这种加速度。
1992年哥伦比亚号飞船的发射表明，火箭不会立即加速-加速需要很长时间人类创造的最先进的火箭和喷气推进系统的功能不足以执行此任务，因为它们无法实现很大的加速度。 它们之所以令人印象深刻，是因为它们在相当长的时间内加速了巨大的质量。 但是，土星5，阿特拉斯，猎鹰和联盟号等导弹的加速度不会超过任何跑车的加速度：从1到2 g，其中g为9.8米/秒平方。 火箭和跑车有什么区别？ 汽车将在9秒内达到极限，时速约为320 km / h。 火箭可以加速的时间更长-不是一秒或一分钟，而是一刻钟。
NASA是第一个从肯尼迪角航天中心发射阿波罗4号火箭的人。 尽管她像跑车一样加速，但是成功的关键在于这种加速的持续支持。这就是我们如何克服地球的引力吸引并进入轨道，到达太阳系中的其他世界，甚至突破太阳吸引的方法。 但是到了某个时候，我们将达到极限-由于所运输燃料的数量限制，您可以在有限的时间内加速行驶。 不幸的是，我们使用的火箭燃料效率极低。 您看到了爱因斯坦著名的方程E = mc
2 ，该方程将质量描述为一种能量形式，并且该能量可以作为物质存储。 我们出色的火箭燃料效率极低。
SpaceX Raptor引擎于2016年初首次试射通过化学反应，燃料将不超过其质量的0.001％转换为能量，从而严重限制了航天器可获得的最大速度。 这就是为什么需要一颗重达500吨的火箭将5吨有效载荷发射到地球静止轨道的原因。 核火箭将更加高效，并将其质量的0.5％转换为能量，但理想的结果将是物质和反物质的燃料，E = mc
2的转换效率达到100％。 如果您拥有一定质量的火箭，无论如何，反质量中仅包含该质量的5％（而一次性物质中则包含另外的5％），则可以控制时间的an灭。 结果，与任何其他燃料相比，您将在更长的时间内获得1 g的恒定且稳定的加速度。
艺术家关于使用反物质的反作用运动系统的想法。 物质/灭/反物质消除了所有已知物质的最高物理能密度如果您需要恒定的加速度，那么物质/反物质的ni灭（占总质量的百分之几）将使您可以连续几个月连续以这种速度加速。 这样，如果您将整个美国预算花费在创建反物质上，则可以获得高达40％的光速，并会加速100公斤的有效载荷。 如果您需要更长的加速时间，则需要增加随身携带的燃油量。 而且，您加速得越多，您就越接近光速，您就越会注意到相对论效应。
如果您将1 g的加速度保持几天，几个月，几年或十年的时间，速度将如何增加在以1 g的加速度飞行十天后，您将绕过太阳系的最后一个行星海王星。 几个月后，您将开始注意到时间的减少和距离的减少。 一年内，您将获得80％的光速； 2年后，您将达到光速的98％； 在以1 g的加速度飞行5年后，您将以光速的99.99％的速度移动。 加速时间越长，您就越接近光速。 但是，您将永远无法实现。 而且，随着时间的流逝，这将需要越来越多的能量。
对数刻度显示，您加速的时间越长，您就越接近光速，但您将永远无法达到。 即使经过10年，您仍可以达到光速的99.9999999％，但您无法达到加速的前十分钟将需要一定的能量，到此阶段结束时，您将以6 km / s的速度运动。 再过10分钟，您会将速度提高一倍，达到12 km / s，但这将需要三倍的能量。 再过十分钟，您将以18 km / s的速度移动，但这将比前十分钟多消耗5倍的能量。 该计划将继续发挥作用。 一年之内，您已经比开始使用了100,000倍的能源！ 另外，速度会越来越少。
缩短长度，延长时间。 该图显示了以1 g的加速度移动一百年的太空船如何在一个人的生命过程中移动到可见宇宙的几乎任何点并从那里返回。 但是等他回来的时候，多余的时间将会流逝地球如果您想以1克的速度在一年中加速100千克的船舶，则需要1000千克的物质和1000千克的反物质。 在一年中，您将以光速的80％的速度移动，但是您永远都不会超越它。 即使您拥有无限量的能量。 恒定的加速度需要不断增加牵引力，并且移动得越快，您在相对论效应上花费的精力就越多。 直到我们弄清楚如何控制空间的变形，光速仍将是宇宙的最终限制。 拥有质量的一切都无法实现，更不用说超越它了。 但是，如果您从今天开始，那么一年之后，您会发现自己还没有到达任何宏观物体！
伊桑·西格尔 （ Ethan Siegel） -天体物理学家，科学普及者，《爆炸的开始》的作者！ 他写了《超越银河》（ Beyond the Galaxy ）和《追踪学：星际迷航的科学》（ Treknology ）一书。