2019年時科幻電影《流浪地球》的上映,在我國掀起了一陣“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,當你翻開那些科幻小說,才發現這“世界的參差”,因為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,期待在未來真的會出現這種飛船。未來可能太過遙遠,不如現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,那就是光年是長度單位。從字面來說,它的意思是光在宇宙真空環境之下沿著直線經過一年時間的距離。光速為299792458米/秒,因此一光年的具體數值為9460730472580800米,或者記為9.4607×10^12千米。
在了解了具體的數值以后,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,也就是旅行者探測器飛出的那個邊緣。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中最亮的那顆星,也就是天狼星,這時的它近在眼前,與我們在地球上仰頭觀測時的差異還是非常大的。
繼續飛行幾十秒后,我們還會遇見不少曾在地球上觀測到的星球。比如說最閃耀的“鉆石星球”巨蟹座55e,它看起來閃閃發光,像是宇宙當中一顆閃耀的燈球。
大約15分鐘后,我們的眼前會出現一陣強光。這是參宿七發出的,是目前人類發現的宇宙當中最亮的藍超巨星,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光的話,很可能因此失明,因此星際旅行當中可能要佩戴專用的眼鏡才可以。六個小時以后,我們就會完成人類的夢想之一,也就是飛出銀河系,因為這時大家已經抵達了銀河系的邊緣。在這里,我們或許可以在飛船當中為銀河系留影,畢竟從前我們從未站在“上帝視角”為這個美麗的星系拍一張全景圖。
接下來我們會朝著附近的仙女座星系進發,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很長的時間,至少需要一個月左右。
接下來宇宙的范圍就會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至少要花費兩年的時間。大約需要花費幾百年之后,我們就會抵達最大的黑洞ton618附近,這時飛船上的乘客可能已經換了好幾代了,畢竟我們的壽命如此短暫。
那么,花費了幾百年的時間,我們抵達了宇宙的邊緣了嗎?事實證明想多了,還差得遠呢,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,抵達已知宇宙的邊緣也需要1450年左右。
可見,在我們看來已經非常快的光速,在面對廣闊的宇宙時,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,即使我們現在就出發,也不可能在有生之年內抵達宇宙邊緣了。
此外,如果真的如宇宙暴脹模型所展示的那樣,宇宙實際是在不斷膨脹的,且膨脹的速度遠遠超過了光速。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離我們。
而我們的飛船時速只能達到一秒一光年,這就代表我們飛行的速度永遠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,他們也無法到達宇宙的邊緣。
更何況,現在人類已知的宇宙邊緣實際上是屬于“可觀測宇宙”的,是我們看到了遙遠之處傳來的光,才得以確定這個邊緣。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?這個問題其實很難解釋,因為即使借助工具,我們也“望”不到這么遠,因此宇宙的邊界目前對于人類而言仍然是一個未知的東西。我們現在所說的邊界,實際上是可以觀測到的宇宙的邊緣。
加州理工學院物理系教授這樣說:
因為我們可觀察到的范圍有限,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非常均衡,也許在幾乎接近永恒的時光中,它都將繼續保持這副樣子。
所以,現在所說的這個宇宙邊界,并不是大家心目中那個可以看得見摸得著的邊界。而是通過光抵達地球后,向前追溯后得到的結果。實際上,宇宙的樣子也不像普通人相信的這么簡單,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。但是它就像是我們日常生活中所看見的球面一樣,并沒有所謂的邊緣,你只會在走完一圈之后重新回到起點。
既然,光速在面對宇宙范圍時,也已經顯得太慢了,那么我們能夠嘗試超越光速進行飛行嗎?這樣的話,我們就再將時間進行壓縮,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,真正抵達宇宙的邊緣了。
但是根據愛因斯坦在狹義相對論當中的論述來看,光速是不可能被超越的,所以以現代科技的視角來看,超光速飛行是無法做到的。可盡管如此,世界各國仍然都有進行超光速的研究,畢竟我們的征途目的地可不只是太陽系的邊緣,而是更遠更廣袤的宇宙世界。
中國運載火箭研究院科學家林金教授,在第三屆現代基礎科學發展論壇上作學術報告時指出:
飛船相對于慣性坐標系做加速飛行只要時間夠長,飛船相對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還是可以實現的。不過,人類目前連光速飛船都制造不出來,從現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,畢竟在未來我們遲早要面對并解決這個問題。
許多人應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,抵達那里并繼續向外探索的時候,很可能就是穿越了現在“宇宙泡泡”的那個邊緣,進入了旁邊另一個宇宙當中。
因此,即使抵達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就已經相交了,宇宙世界在這時就像是“俄羅斯套娃”,環環嵌套。