人类有希望走出银河系吗？

　　可能性很低很低，但也并不是没有希望。

　　银河系其实很像一个巨大的扁陀螺（当然真实银河系，边缘其实是扭曲的）。

　　我们平时看到的银河系，主要是俯视角：

　　但其实它是这样的：

　　

　　侧视角则是中间厚边缘薄的形状（不过外银河系又变得更厚）。

　　一般认为，银河系直径10万光年+。

　　太阳系距离银心2.6万光年，那么从俯视角上，人类走出银河系的最近距离是2.4万光年，最远距离是7.6万光年。

　　对于上万光年来说，挑战难度实在是太高。

　　我们降低一下难度，不放认为从侧面离开银河系范围，也算是走出。

　　银河系中间厚（可达1.2万光年），边缘薄（100光年），平均厚度1000光年。

　　

　　银盘又分成内部较薄的薄盘（蓝绿），和外部较厚的厚盘（浅黄），太阳在薄盘上，基本处于银盘的中轴线上。按照平均1000光年的厚度来，走出银河系需要500光年。

　　500光年看起来容易了很多。

　　但对于人类来说，依旧是空前的难度。

　　工质发动机，都是通过高速喷射工质（物质）来获得推动力。

　　有火箭方程（齐奥尔科夫斯基公式）：

　　v=wln(m0mk)v=wln(frac{m_{0}}{m_{k}})

　　ww 为火箭喷射速度， m0m_{0} 为火箭初始质量， mkm_{k} 为火箭喷射后质量。

　　在近光速情况下，需要考虑相对论效应，引入洛伦兹因子：

　　γ=11?v2c2gamma=frac{1}{sqrt{1-frac{v^2}{c^2}}}

　　可得到阿克莱公式（也即广义齐奥尔科夫斯基公式）：

　　m0mk=(1+vc1?vc)c2wfrac{m_{0}}{m_{k}}=(frac{1+frac{v}{c}}{1-frac{v}{c}})^{frac{c}{2w}}

　　对于500光年来说，如果我们用0.9C的亚光速飞行。

　　考虑到时间膨胀效应，得到所有的时间为：

　　t‘=tγ=242t^{`}=tgamma=242 年

　　利用10代人，或者掌握休眠技术之后，242年也并非是不能接受的程度。

　　那人类如何才能达到0.9倍光速呢？

　　带入阿克莱公式有：

　　m0mk=19c2wfrac{m_{0}}{m_{k}}=19^{frac{c}{2w}}

　　也即： m0=19c2wmk=10lg(19)c2wmkm_{0}=19^{frac{c}{2w}}m_{k}=10^{frac{lg(19)c}{2w}}m_{k}

　　目前人类最好的化学燃料发动机，喷射速度5000m/s左右。

　　光速C为299792458 m/s。

　　带入可得：

　　m0=1038336mkm_{0}=10^{38336}m_{k}

　　可观测宇宙的的原子总数才10^82个。也就是说，如果仅仅用化学燃料，哪怕你仅仅加速一颗原子，也需要喷射 103825410^{38254} 个宇宙的总物质，才能加速到90%光速。

　　这个离谱的数据结果，表明人类按照当前的航天技术（不涉及粒子加速器），加速任何物质到达90%光速都绝无可能的。

　　那我们稍微展望一下未来呢？

　　目前人类设计的可行核裂变发动机，喷射速度接近10000m/s左右。

　　带入可得：

　　m0=1019168mkm_{0}=10^{19168}m_{k}

　　这还是一个天文数字。

　　目前人类有望设计出的核裂变发动机，最高理论喷射速度为100km/s。

　　带入可得

　　m0=101916.8mkm_{0}=10^{1916.8}m_{k}

　　这个数量级，依旧需要消耗庞大的宇宙数量。

　　这些结果也表明，想要星际旅行（星系级），单纯依靠核裂变也是绝无可能。

　　最后我们只能上核聚变了。

　　根据钱老的《星际航行概论》，核聚变的最高工质喷速可达15000km/s，也即0.05C。

　　那么，用上核聚变发动机后，宇宙飞船的初始质量和喷射后质量比为：

　　m0=1910mk=6131066257801mkm_{0}=19^{10}m_{k}=6131066257801m_{k}

　　哪怕宇宙飞船按照较轻的5000kg（5吨）质量来算，飞船（或火箭）的初试质量为：

　　mk≈3×1016kgm_{k}approx3 imes10^{16}kg

　　也即30万亿吨。

　　这质量相当于3亿艘10万吨级航母，或者能覆盖整个北京城，纵横100多公里的超级飞船。只不过滑稽的是，这个超级飞船绝大部分装载的都是氢聚变燃料。

　　这明显是理论可行，但几乎没有实操可能。

　　最后，我们其实还可以核聚变发动机+粒子加速器，搞一个超级离子发动机。

　　欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机可以把质子加速到99.9999991%C。

　　这个喷射速度，可以把质量比缩小接近极限的状态：

　　m0=4.36mkm_{0}=4.36m_{k}

　　按照人类当前的技术，质子加速99.9999991%C依旧需要几十公里，仅仅离子加速器就有50万吨。

　　那么整个飞船的总质量将高达1000万吨，虽然比前面的30万亿吨好得多，但实操性也很差。

　　其实，为了经济，也并不需要把质子加速到99.9999991%C。

　　只需要用小型加速器，把等离子体加速到0.5C，就已经相当可观了。

　　这样：m0=19mkm_{0}=19m_{k}

　　基本属于还算可接受的范围。

　　在人类掌握可控核聚变的条件下，粒子加速器的规模或许可以足够的缩小。但要足够的动力，而可能需要大量的粒子加速器矩阵，同样占据主要的飞行器空间。

　　除此之外，由于喷射的是超高温的质子（或等离子体），需要建设一个庞大而复杂的动力约束系统，这个难度也是迄今人类无法想象的，毕竟我们连托卡马克装置发电商用都还搞不定。

　　其实还有一个办法，就是使用光子发动机。

　　然而通过光压在1平米上产生1N的力量，就需要地球赤道正午20万倍阳光的强度。

　　仅仅推动50吨的大型火箭，就需要1000亿倍地球赤道正午阳光强度，差不多接近于太阳表面的光度。

　　考虑到速度和损耗，实际需要50000～250000K高温的光，这个光辐射强度下，几乎宇宙中的任何物质都只能等离子体的形式存在。

　　或许光子发动机本身，就难以有运用的可能。

　　至于曲率发动机，虽然实验室模拟出了纳米级的曲率泡，但真正能星际旅行的曲率泡同样是星体级能量的，庞大的能量同样能轻易毁掉任何的材料。

　　曲率引擎运用，同样存在无限高的难度。

　　我们仅仅探讨的是0.9光速，如果是达到0.99c，前面公式中指数的底数则会由19变成199，难度呈数量级提升。

　　从相反的角度来说，如果不需要近光速，人类掌握可控核聚变后，具有20%光速的可行旅行速度，足以帮助人类全力开发太阳系。这个速度尚未形成明显的相对论效应，勉强能到比邻星附近，遨游太阳系奥尔特云范围之内，但恒星之间旅行难度还是太大。花个1500年，几十代人，才能勉强在300光年的本星系泡内旅行。

　　所以，走出银河系必须近光速。

　　但以上结果也表明，人类要近光速旅行，必须做到喷射工质的近光速。

　　目前这对于人类来说，这是绝对的技术空白，即便聚变的理论工质喷速上限也才0.05C。

　　而粒子加速器小型化作为工质喷射系统的一部分，也仅仅是本回答的一个设想。对于未来人类来说，是否是一个可行方案，同样是未知的。只要动力系统过于庞大，就注定了，唯一能星际旅行的只能是巨型飞船，或者飞船动力系统之外的小部分本身就是拥有庞大人口的太空城。人类在这个太空城中，本身完全能够自给自足。

　　当然，如果未来的人类能够在飞行的过程中，能高效率收集氢分子云，飞行效率有更进一步提升的可能。虽然氢分子云无比稀薄，但对于1平方千米的收集器来说，每飞行100光年，还是能收集100万吨左右氢分子的，具有能源收支平衡的可能性。这样可以大大减少携带能源的初始质量。（大型收集器，也可能是近光速飞行器减速的一种方法。毕竟再反向喷射物质，意味着需要携带更多的初始燃烧，更加不可行）

　　但这也只能保证在银河系内旅行更容易，银河系之外，氢分子云更稀薄时，就需要自带大量的燃料。

　　总之，近光速旅行（0.9C）的可能性很低，但或许存在渺茫的希望从而可以让人类经过200多年，近10代人，能够从银河系的侧面“走出银河系”。而且这200年的时间里，为了考虑居民正常生活可承受的加速度，仅仅加速就需要用10年以上的时间。

　　至于要从银河系的俯视角走出去（近端~远端），需要的时间则是1~3.5万年（参考系为飞船内，对于地球人来说，则经历了3~10万年，差不多能诞生一个新的人种了）。再加上宇宙飞行的辐射，增强基因突变，可能变化会更快。

　　也就是说，从生物学的角度来说，当人类从俯视面飞出银河系的时候，可能已经是不同的人类分支了。

　　其实如果考虑到暗物质，银河系的大小足足有190万光年，人类要飞出去还需要增加10多倍的时间。

　　如果我们未来真的能够创造星级文明，真的做到了星系间的旅行，那么一个地球舰队星际旅行时，遇到的外星文明，很有可能会正是起源于地球。

　　宇宙对于我们来说，毕竟很有很多未知。写完这篇回答，我想乐观的表示，人类一定会走出银河系。但客观数据又令人生出了很多悲观。但当我试图去想，人类可能永远就困在了银河系，但心中却有些偏执地认为，一定在未知的地方，人类还有机会。

　　然而走出银河系又能怎么样呢？同样无法避免整个宇宙不可逆的变化。

　　仔细一想，或许人类文明在物理上永生的难度，是远远大于人类个体在生理上永生难度的。

　　举报/反馈