若是驾驶一秒飞一光年的飞船,想要飞到宇宙边缘,需要多长时间?
2019年时科幻电影《流浪地球》的上映,在我国掀起了一阵"科幻热潮"。其作者刘慈欣和他的作品受到了人们的广泛专注,当你翻开那些科幻小说,才发现这"世界的参差",因为科幻作者的脑洞大到难以想象 。
以《三体》为例,其中层出不穷的设想让人叹为观止。尤其是可以以超光速飞行的飞船 ,使得不少人跃跃欲试,期待在未来真的会出现这种飞船。未来可能太过遥远,不如现在就让我们一起来幻想一下。假如驾驶着一秒飞一光年 的飞船,需要多久才能飞到宇宙边缘,旅途之中我们又能看到什么呢? 一秒飞越一光年
首先,在飞行之前,大家需要明确一点,那就是光年是长度单位 。从字面来说,它的意思是光在宇宙真空环境之下沿着直线经过一年时间的距离。光速为299792458米/秒,因此一光年的具体数值为9460730472580800米,或者记为9.4607 10^12千米。
在了解了具体的数值以后,我们就可以开始启程飞行了。如果说一秒可以飞一光年,那么仅需一秒我们就已经飞抵太阳系的边缘了。需要注意的是,太阳系的边缘有两种界定 ,第一种是日光层 之外,也就是旅行者探测器飞出的那个边缘。第二种则是在太阳的引力范围之外,也就是奥尔特云 之外。我们花费一秒飞抵的正是奥尔特云附近,接下来就要真正地冲出太阳系了。
飞出太阳系之后,再飞行3.22秒左右就能抵达位于半人马座a的比邻星附近,它是距离太阳系最近 的一颗恒星。八秒钟之后我们就能够看到天空当中最亮的那颗星 ,也就是天狼星,这时的它近在眼前,与我们在地球上仰头观测时的差异还是非常大的。
继续飞行几十秒后,我们还会遇见不少曾在地球上观测到的星球。比如说最闪耀的"钻石星球"巨蟹座55e,它看起来闪闪发光,像是宇宙当中一颗闪耀的灯球。
大约15分钟后,我们的眼前会出现一阵强光。这是参宿七发出的,是目前人类发现的 宇宙当中最亮的蓝超巨星 ,距离地球大约863光年,其光度是太阳的12万倍。
如果我们的肉眼直接去直视这一强光的话,很可能因此失明,因此星际旅行当中可能要佩戴专用的眼镜才可以。六个小时以后,我们就会完成人类的梦想之一,也就是飞出银河系,因为这时大家已经抵达了银河系的边缘。在这里,我们或许可以在飞船当中为银河系留影,毕竟从前我们从未站在"上帝视角"为这个美丽的星系拍一张全景图。
接下来我们会朝着附近的仙女座星系 进发,这一星系异常的庞大,其直径是银河系的1.6倍左右,距离地球254万光年。即使一秒可以飞行一光年,想要穿越它也需要花费很长的时间,至少需要一个月左右。
接下来宇宙的范围就会让我们感到自己有多么的渺小,比如说飞过 半径为1亿光年 的室女座超星系团至少要花费 两年 的时间 。大约需要花费几百年之后,我们就会抵达最大的黑洞ton618附近,这时飞船上的乘客可能已经换了好几代了,毕竟我们的寿命如此短暂。
何时能到宇宙的边缘呢?
那么,花费了几百年的时间,我们抵达了宇宙的边缘了吗?事实证明想多了,还差得远呢,如果按照哈勃体积来说,其半径约为460亿光年。这就意味着,我们即使驾驶着一秒飞一光年的飞船,抵达 已知宇宙的边缘 也需要 1450年 左右 。
可见,在我们看来已经非常快的光速,在面对广阔的宇宙时,也显得很慢了。更不用说,人的寿命只有短暂的几十年,一般都很难活到百岁。所以,即使我们现在就出发,也不可能在有生之年内抵达宇宙边缘了。
此外,如果真的如宇宙暴胀模型所展示的那样,宇宙实际是在 不断膨胀 的,且膨胀的速度 远远超过了光速 。那就意味着,我们驾驶着飞船一边靠近宇宙边缘,但宇宙边缘却一直在加速远离我们。
而我们的飞船时速只能达到一秒一光年,这就代表我们飞行的速度永远赶不上宇宙膨胀的速度。如果我们的科技不足以使飞船提速的话,飞船上的子孙后代即使能够一直延续,他们也无法到达宇宙的边缘。
更何况,现在人类已知的宇宙边缘实际上是属于"可观测宇宙"的,是我们看到了遥远之处传来的光,才得以确定这个边缘。很难说,在这束光的背后,是否还有其他的天体,我们 自以为这是宇宙的边缘 ,没想到这里可能只是 宇宙的一小部分 而已 。
宇宙的边界
既然如此,宇宙到底有没有边界呢?这个问题其实很难解释,因为即使借助工具,我们也"望"不到这么远,因此宇宙的边界目前对于人类而言仍然是一个未知的东西。我们现在所说的边界,实际上是可以观测到的宇宙的边缘。
加州理工学院物理系教授这样说:
因为我们可观察到的范围有限,因此我们也无法确定在我们可观察的宇宙之外事物的样貌。我们可见的宇宙的状态非常均衡,也许在几乎接近永恒的时光中,它都将继续保持这副样子。
所以,现在所说的这个宇宙边界,并不是大家心目中那个可以看得见摸得着的边界。而是通过光抵达地球后, 向前追溯 后得到的结果 。实际上,宇宙的样子也不像普通人相信的这么简单,它可能是向着四面八方不断延展的,也可能是自我包围起来的。但是它就像是我们日常生活中所看见的球面一样,并没有所谓的边缘,你只会在 走完一圈之后重新回到起 点 。
超光速飞行
既然,光速在面对宇宙范围时,也已经显得太慢了,那么我们能够 尝试 超越光速 进行飞行 吗? 这样的话,我们就再将时间进行压缩,或许可以把1000年压缩到100年,甚至是10年,这样人类大概就有可能赶上宇宙膨胀的速度,真正抵达宇宙的边缘了。
但是根据爱因斯坦在狭义相对论 当中的论述来看,光速是不可能被超越的 ,所以以现代科技的视角来看,超光速飞行是无法做到的。可尽管如此,世界各国仍然都有进行超光速的研究,毕竟我们的征途目的地可不只是太阳系的边缘,而是更远更广袤的宇宙世界。
中国运载火箭研究院科学家林金教授,在第三届现代基础科学发展论坛上作学术报告时指出:
飞船相对于惯性坐标系做加速飞行只要时间够长,飞船相对于惯性系的速度可以超过光速。
可见,超光速飞行从理论上来说其实还是可以实现的。不过,人类目前连光速飞船都制造不出来,从现在就开始考虑超光速飞船未免有些早。但这并不是好高骛远,毕竟在未来我们迟早要面对并解决这个问题 。
超光速飞行飞船构想图
边缘之外会有什么?
许多人应该都听说过镜像宇宙这一说法,或者说是多元宇宙 。这代表着有一个比我们所在宇宙还大的空间之中,充斥着许多的宇宙泡泡,它们有着相似性,但又不完全一样。
假如人类真的找到了宇宙的边缘,抵达那里并继续向外探索的时候,很可能就是穿越了现在"宇宙泡泡"的那个边缘,进入了旁边另一个宇宙当中。
因此,即使抵达宇宙边缘也无法看到特别清晰的界限,毕竟"泡泡"那层透明的薄膜也许早在刚刚形成时就已经相交了,宇宙世界在这时就像是"俄罗斯套娃",环环嵌套 。
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