2019年時(shí)科幻電影《流浪地球》的上映,在我國(guó)掀起了一陣“科幻熱潮”。其作者劉慈欣和他的作品受到了人們的廣泛專注,當(dāng)你翻開那些科幻小說,才發(fā)現(xiàn)這“世界的參差”,因?yàn)?/span>科幻作者的腦洞大到難以想象。
以《三體》為例,其中層出不窮的設(shè)想讓人嘆為觀止。尤其是可以以超光速飛行的飛船,使得不少人躍躍欲試,期待在未來真的會(huì)出現(xiàn)這種飛船。未來可能太過遙遠(yuǎn),不如現(xiàn)在就讓我們一起來幻想一下。假如駕駛著一秒飛一光年的飛船,需要多久才能飛到宇宙邊緣,旅途之中我們又能看到什么呢?
首先,在飛行之前,大家需要明確一點(diǎn),那就是光年是長(zhǎng)度單位。從字面來說,它的意思是光在宇宙真空環(huán)境之下沿著直線經(jīng)過一年時(shí)間的距離。光速為299792458米/秒,因此一光年的具體數(shù)值為9460730472580800米,或者記為9.4607×10^12千米。
在了解了具體的數(shù)值以后,我們就可以開始啟程飛行了。如果說一秒可以飛一光年,那么僅需一秒我們就已經(jīng)飛抵太陽系的邊緣了。需要注意的是,太陽系的邊緣有兩種界定,第一種是日光層之外,也就是旅行者探測(cè)器飛出的那個(gè)邊緣。第二種則是在太陽的引力范圍之外,也就是奧爾特云之外。我們花費(fèi)一秒飛抵的正是奧爾特云附近,接下來就要真正地沖出太陽系了。
飛出太陽系之后,再飛行3.22秒左右就能抵達(dá)位于半人馬座a的比鄰星附近,它是距離太陽系最近的一顆恒星。八秒鐘之后我們就能夠看到天空當(dāng)中最亮的那顆星,也就是天狼星,這時(shí)的它近在眼前,與我們?cè)诘厍蛏涎鲱^觀測(cè)時(shí)的差異還是非常大的。
繼續(xù)飛行幾十秒后,我們還會(huì)遇見不少曾在地球上觀測(cè)到的星球。比如說最閃耀的“鉆石星球”巨蟹座55e,它看起來閃閃發(fā)光,像是宇宙當(dāng)中一顆閃耀的燈球。
大約15分鐘后,我們的眼前會(huì)出現(xiàn)一陣強(qiáng)光。這是參宿七發(fā)出的,是目前人類發(fā)現(xiàn)的宇宙當(dāng)中最亮的藍(lán)超巨星,距離地球大約863光年,其光度是太陽的12萬倍。
如果我們的肉眼直接去直視這一強(qiáng)光的話,很可能因此失明,因此星際旅行當(dāng)中可能要佩戴專用的眼鏡才可以。六個(gè)小時(shí)以后,我們就會(huì)完成人類的夢(mèng)想之一,也就是飛出銀河系,因?yàn)檫@時(shí)大家已經(jīng)抵達(dá)了銀河系的邊緣。在這里,我們或許可以在飛船當(dāng)中為銀河系留影,畢竟從前我們從未站在“上帝視角”為這個(gè)美麗的星系拍一張全景圖。
接下來我們會(huì)朝著附近的仙女座星系進(jìn)發(fā),這一星系異常的龐大,其直徑是銀河系的1.6倍左右,距離地球254萬光年。即使一秒可以飛行一光年,想要穿越它也需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間,至少需要一個(gè)月左右。
接下來宇宙的范圍就會(huì)讓我們感到自己有多么的渺小,比如說飛過半徑為1億光年的室女座超星系團(tuán)至少要花費(fèi)兩年的時(shí)間。大約需要花費(fèi)幾百年之后,我們就會(huì)抵達(dá)最大的黑洞ton618附近,這時(shí)飛船上的乘客可能已經(jīng)換了好幾代了,畢竟我們的壽命如此短暫。
那么,花費(fèi)了幾百年的時(shí)間,我們抵達(dá)了宇宙的邊緣了嗎?事實(shí)證明想多了,還差得遠(yuǎn)呢,如果按照哈勃體積來說,其半徑約為460億光年。這就意味著,我們即使駕駛著一秒飛一光年的飛船,抵達(dá)已知宇宙的邊緣也需要1450年左右。
可見,在我們看來已經(jīng)非??斓墓馑伲诿鎸?duì)廣闊的宇宙時(shí),也顯得很慢了。更不用說,人的壽命只有短暫的幾十年,一般都很難活到百歲。所以,即使我們現(xiàn)在就出發(fā),也不可能在有生之年內(nèi)抵達(dá)宇宙邊緣了。
此外,如果真的如宇宙暴脹模型所展示的那樣,宇宙實(shí)際是在不斷膨脹的,且膨脹的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了光速。那就意味著,我們駕駛著飛船一邊靠近宇宙邊緣,但宇宙邊緣卻一直在加速遠(yuǎn)離我們。
而我們的飛船時(shí)速只能達(dá)到一秒一光年,這就代表我們飛行的速度永遠(yuǎn)趕不上宇宙膨脹的速度。如果我們的科技不足以使飛船提速的話,飛船上的子孫后代即使能夠一直延續(xù),他們也無法到達(dá)宇宙的邊緣。
更何況,現(xiàn)在人類已知的宇宙邊緣實(shí)際上是屬于“可觀測(cè)宇宙”的,是我們看到了遙遠(yuǎn)之處傳來的光,才得以確定這個(gè)邊緣。很難說,在這束光的背后,是否還有其他的天體,我們自以為這是宇宙的邊緣,沒想到這里可能只是宇宙的一小部分而已。
既然如此,宇宙到底有沒有邊界呢?這個(gè)問題其實(shí)很難解釋,因?yàn)榧词菇柚ぞ?,我們?/span>“望”不到這么遠(yuǎn),因此宇宙的邊界目前對(duì)于人類而言仍然是一個(gè)未知的東西。我們現(xiàn)在所說的邊界,實(shí)際上是可以觀測(cè)到的宇宙的邊緣。
加州理工學(xué)院物理系教授這樣說:
因?yàn)槲覀兛捎^察到的范圍有限,因此我們也無法確定在我們可觀察的宇宙之外事物的樣貌。我們可見的宇宙的狀態(tài)非常均衡,也許在幾乎接近永恒的時(shí)光中,它都將繼續(xù)保持這副樣子。
所以,現(xiàn)在所說的這個(gè)宇宙邊界,并不是大家心目中那個(gè)可以看得見摸得著的邊界。而是通過光抵達(dá)地球后,向前追溯后得到的結(jié)果。實(shí)際上,宇宙的樣子也不像普通人相信的這么簡(jiǎn)單,它可能是向著四面八方不斷延展的,也可能是自我包圍起來的。但是它就像是我們?nèi)粘I钪兴匆姷那蛎嬉粯?,并沒有所謂的邊緣,你只會(huì)在走完一圈之后重新回到起點(diǎn)。
既然,光速在面對(duì)宇宙范圍時(shí),也已經(jīng)顯得太慢了,那么我們能夠嘗試超越光速進(jìn)行飛行嗎?這樣的話,我們就再將時(shí)間進(jìn)行壓縮,或許可以把1000年壓縮到100年,甚至是10年,這樣人類大概就有可能趕上宇宙膨脹的速度,真正抵達(dá)宇宙的邊緣了。
但是根據(jù)愛因斯坦在狹義相對(duì)論當(dāng)中的論述來看,光速是不可能被超越的,所以以現(xiàn)代科技的視角來看,超光速飛行是無法做到的??杀M管如此,世界各國(guó)仍然都有進(jìn)行超光速的研究,畢竟我們的征途目的地可不只是太陽系的邊緣,而是更遠(yuǎn)更廣袤的宇宙世界。
中國(guó)運(yùn)載火箭研究院科學(xué)家林金教授,在第三屆現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展論壇上作學(xué)術(shù)報(bào)告時(shí)指出:
飛船相對(duì)于慣性坐標(biāo)系做加速飛行只要時(shí)間夠長(zhǎng),飛船相對(duì)于慣性系的速度可以超過光速。
可見,超光速飛行從理論上來說其實(shí)還是可以實(shí)現(xiàn)的。不過,人類目前連光速飛船都制造不出來,從現(xiàn)在就開始考慮超光速飛船未免有些早。但這并不是好高騖遠(yuǎn),畢竟在未來我們遲早要面對(duì)并解決這個(gè)問題。
許多人應(yīng)該都聽說過鏡像宇宙這一說法,或者說是多元宇宙。這代表著有一個(gè)比我們所在宇宙還大的空間之中,充斥著許多的宇宙泡泡,它們有著相似性,但又不完全一樣。
假如人類真的找到了宇宙的邊緣,抵達(dá)那里并繼續(xù)向外探索的時(shí)候,很可能就是穿越了現(xiàn)在“宇宙泡泡”的那個(gè)邊緣,進(jìn)入了旁邊另一個(gè)宇宙當(dāng)中。
因此,即使抵達(dá)宇宙邊緣也無法看到特別清晰的界限,畢竟“泡泡”那層透明的薄膜也許早在剛剛形成時(shí)就已經(jīng)相交了,宇宙世界在這時(shí)就像是“俄羅斯套娃”,環(huán)環(huán)嵌套。
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