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宇宙還存在一個除光速之外的速度限制,這才是人類真正的障礙?

2024-10-17科學

在太陽系的八大行星裏呀,眼下就只有地球這顆行星有生命啦,生命的現身給地球添了不少色彩呢,特別是人類出現之後,解開了地球上好多的奧秘。從古到今,人類一直在不斷提升自己的速度呢,因為只有速度夠快,人類才能對世界有更多的了解和認知。古時候呀,因為人類的科技不咋發達,所以古人對世界的認知不全乎,他們一直覺得我們的地球就是唯一的世界,月球和太陽都圍著地球轉。不過呢,隨著人類科技的進步,現在人類已經曉得地球不是唯一的世界啦,太陽其實是顆恒星,月球是地球的衛星。

現在人類已經可以登上月球啦,去探索月球的那些奧秘呢。這說到底主要是因為人類有了夠快的速度呀。科學家研究得出,要是人類想環繞地球執行,就得達到第一宇宙速度呢,這個飛行速度最低得達到每秒 7.9 千米哦,用這麽快的速度飛,飛船就不會落到地面上啦。現在人類發現的那些衛星飛行速度基本上比這個速度稍微小一點。要是一個物體想飛出地球,飛到別的天體上去,飛船的速度就得達到第二宇宙速度啦,這個速度也叫逃逸速度,得達到 11.2 千米每秒呢。不過去月球呀,只要 10.8 千米每秒就夠啦。

第三宇宙速度那可是能逃出太陽系的速度呢,得達到 16.7 千米每秒才行。在人類發現的那些探測器裏頭,旅行者 1 號探測器的飛行速度就達到了這個能逃逸的速度。以前科學家發射旅行者 1 號探測器,就是想讓它飛出太陽系。到現在,旅行者 1 號探測器已經在太陽系裏飛了 46 億年啦,可它還沒完全飛出太陽系呢。科學家經過一算得出,按照旅行者 1 號探測器的飛行速度來算,要完全飛出太陽系最少得要上萬年時間呢,這對人類來說可太長啦,所以人類要想飛出太陽系,就必須得有更快的速度。

目前按照科學家的研究來講,宇宙中最快的飛行速度當屬光速啦,光速大概是每秒 30 萬千米呢。看到這兒,或許很多朋友會有個疑問,光速這麽快,人類是咋計算出來的呀?其實很早之前,人類就開始測光速啦。以前古希臘哲學家亞里斯多德覺得光速是無限的,因為他覺得光好像是從眼睛裏發射出去的,一睜開眼就能看到整個世界,這就表明光一瞬間就能發出去和收回來,所以他認為光速是無限的。後來到了 1607 年,物理學家伽利略對光速進行了測算,當時他讓兩個人分別站在兩個山頭,各自拿著一盞燈,看到對面燈後,就馬上用遮擋物擋住自己的燈。

當瞧見對面那人把自己的光給擋住啦,接著又放出自己的燈光,靠著山頭間的距離以及燈光的閃爍,就能算出光速啦。不過呢,因為這個距離有局限,而且光速太快啦,所以伽利略那會兒沒算出光速到底有多快。不過伽利略得出個結論,那就是光速是有限的,不是無限快的。後來在 1676 年,丹麥的那個科學家羅默,利用木星衛星的木食現象來計算光速。當時這位科學家觀測到木星衛星發生日食的預測時間和實際看到這些日食的時間差了 1000 秒,他覺得這是因為木星和地球之間的距離變化啦,光從木星傳播到地球的時間就是光的速度。

那會兒這位科學家算出光速大概是每秒 214000 公裏,這數值跟現在人類算出來的光速差挺多,可在那時候能算出光速,就說明這位科學家超厲害啦。到了 1728 年,詹姆士·布萊德利透過觀測恒星光行差得出另一種估計方法,恒星光行差就是地球繞著太陽轉導致恒星表現移位的現象,用這辦法,他算出光速大約是每秒 301000 千米,這速度已經很接近光速啦。後來隨著人類科技不斷進步,現在人類算出的光速數值是 299792.5 千米每秒。

要是照著這個速度在宇宙裏飛呀,飛出太陽系用不了 4 年呢。光速對人類來說那可太快啦,現在人類的飛行速度連光速的百分之一都不到。不過呢,就算是光速,面對那浩瀚的宇宙也顯得沒啥招兒。現在人類能觀測到的宇宙直徑有 930 億光年呢,這就意味著光速飛行得 930 億年呀。而且這還不是宇宙的全部呢,宇宙說不定比咱想的還大呢。要想探索宇宙的奧秘,人類必須得超過光速才行。可愛因史坦覺得,光速是沒法超越的,物體的飛行速度只能無限靠近光速,可就是達不到光速。

為啥光速沒法超越呢?在愛因史坦的狹義相對論裏呀,物體的品質會跟著速度的提升而變大呢,所以速度快接近光速的時候,物體品質就快趨向於無窮大啦,那要是想接著加速,就得消耗更多能量,這顯然是做不到的事兒呀,所以光速就不能被超越啦。要是光速真不能超越,那人類想探索宇宙的奧秘可就難嘍,咱這宇宙還在膨脹著呢,而且膨脹速度都遠遠超過光速啦。20 世紀初的時候,美國那個物理學家艾德溫·哈伯在觀測星系時發現,星系裏的光譜有紅移現象,這現象就表明這些星系在遠離我們呢。

看到這現象後,艾德溫·哈伯給出了個大膽猜想,即我們的宇宙在持續膨脹呢。這理論一出,好多人都覺得不可思議,因為之前呀,人類一直覺得宇宙是靜態的。接著呢,好多科學家都紛紛去觀測宇宙,最後發現艾德溫·哈伯的這個觀點是對的。這理論讓人類對宇宙有了新的認識,也讓科學家挺絕望的,要是宇宙一直膨脹下去,那我們或許永遠都找不著宇宙的邊緣啦,畢竟光速限制是人類目前跨不過去的坎兒。不過科學家覺得,在宇宙中除了光速限制,還有個速度限制,這個限制被叫做 GZK 極限。

根據光速沒法超越這理論呀,人類最快速度只能無限接近光速啦。就這速度,在太陽系裏飛那可老快啦,畢竟太陽系裏有好多人類能利用的資源呢。不過呢,當人類飛行速度無限接近光速時,就必須得面對一個問題,那就是 GZK 極限,也叫 GZK 攔截。它指的是遙遠宇宙空間外射線有個理論上限值,簡單說就是在宇宙裏高速飛的時候,飛船可能會撞著。看到這兒,可能好多人會說,宇宙裏連外星人都沒有,咋會撞呢,畢竟宇宙又不是地球,馬路上每天都有好多車。其實一般情況下,飛船確實沒啥碰撞的條件。

畢竟宇宙裏的物質太分散啦,以前科學家發射的旅行者 1 號探測器和旅行者 2 號探測器在宇宙飛了這麽久,到現在都沒撞上,這是因為旅行者 1 號探測器飛行時能察覺到前方有沒有障礙物,要是發現有就可以提前準備。而且以旅行者 1 號的飛行速度,宇宙裏的微粒對探測器不會有實際傷害。但飛船速度無限接近光速就不一樣啦,這時飛船就得留意宇宙中的微小粒子啦。之前說過,物體達到光速品質會無限大,接近光速品質也會接近無限大。

當宇宙飛船以亞光速飛行之際,這些宇宙微粒便能撞擊到飛船上,還會給飛船帶來一定的損壞呢。科學家研究發現,在宇宙中,微粒子充斥著整個宇宙空間哦。這些粒子通常是被宇宙中的高能射線撞擊原子,從而分離出電子、品質以及威力等等。平均每平方米大概有 1 個亞原子粒子呢,所以這是人類提升速度之後的另一個限制啦。也許很多人看到這兒會說,飛船速度快,又不是宇宙中的粒子速度快,那這些粒子為啥會對飛船造成損害呢?其實這就跟飛機撞擊鳥的道理差不多呀。在飛機飛行過程中,撞擊到鳥類的機率可不低呢,據統計,全球大概有 1000 萬起飛機撞擊鳥的事故呢。

其中有 2%的飛機受損啦,好多人也因為飛機撞上鳥而死掉嘞。為啥飛機撞鳥能有這麽大威力呢?其實呀,飛機撞鳥的主要破壞來自飛機本身呢,畢竟鳥的身體很輕嘛。不過按照力學計算哦,如果飛機以每小時 800 公裏左右的速度飛,撞上一只 0.45 公斤的小鳥,會產生 153 公斤的沖擊力呢;一只 7 公斤的大鳥撞上時速 960 公裏每小時的飛機,沖擊力能達到 144 噸哦。而飛船以亞光速飛行時,撞擊產生的威力那簡直沒法想象,所以人類要是想大幅提升飛船速度,這個因素可得考慮進去喲。

要是把 GZK 極限問題給解決啦,那人類能實作超光速飛行不?科學家覺得,人類要想實作超光速飛行是有可能的,就像在宇宙裏找到蟲洞那樣。科學家認為,宇宙中應該有那種能穿越時空的隧道,要是我們能進到這個隧道裏,人類的飛行速度就能超過光速,還能在很短時間內到達很遠的地方呢。以前在愛因史坦的相對論裏就提到過蟲洞,蟲洞是能把兩個空間縮短的一種通道。好多科學家覺得,黑洞可能就是蟲洞的入口,因為黑洞能無限制地吞噬物質,那這些被吞噬的物質最後去哪兒啦?現在科學家也在努力研究呢。

科學家覺得,黑洞那一邊或許還存在一種很神秘的天體叫白洞,黑洞跟白洞連到一起就形成了蟲洞,蟲洞是能穿越時空的通道。現在黑洞已經被科學家證實啦,可白洞和蟲洞還只是在理論裏呢。將來等人類科技進步了,搞不好就能找到蟲洞。除了蟲洞,科學家還認為可以用曲速飛行來達到超光速。曲速引擎其實就是一種反物質驅動,人類利用時空的扭曲,把想去的起點和終點不斷拉近,這樣兩地之間的距離就會被強行縮小,飛船在被壓縮的空間裏飛行,速度就能超過光速。

這個方法不會違背愛因史坦的理論哦。科學家覺得呢,空間可不能無限制地扭曲呀,等空間扭曲到 9.99 啦,那就是曲速引擎的極限啦,這個速度大概是光速的 2140 倍呢。要是人類真能把這項技術搞出來,那人類探索銀河系就有盼頭啦。我呀,就希望人類能早點兒實作自己的夢想,飛出太陽系,去探索更廣闊的宇宙奧秘,真希望這一天能早點兒到來呢。大家對這事兒有啥想說的呀?