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超光速飛行與宇宙邊界的挑戰

2024-02-11科學

假設一艘飛船朝著一個方向以一億倍光速飛行, 能飛出宇宙嗎?

首先,我們要明確宇宙的特性。 宇宙是一個有限無邊的存在,並不存在邊界和中心。這意味著不論我們以多快的速度飛行,我們仍然只是在宇宙範疇內部移動。

要解釋為何一億倍光速也無法讓飛船飛出宇宙,我們需要了解光速限制以及廣義相對論。 按照愛因史坦的廣義相對論,時空是彎曲的,就像測地線一樣彎曲。即使我們認為飛船是朝著一個方向直線飛行,實際上它所經歷的是沿著彎曲的時空路徑。

超光速旅行被光速限制所禁止。超過光速的運動會違反物理學定律, 並引發種種奇異現象。因此,我們無法透過以一億倍光速來實作飛越宇宙的目標。

然而,穿越宇宙並不需要達到超光速。 接近光速已足夠讓時間膨脹和空間縮短,從而實作穿越宇宙的效果。這是基於相對論中關於時間和空間的變換規律。

那麽可觀測宇宙的大小和結構是怎樣的呢?根據大霹靂理論和觀測結果,我們知道可觀測宇宙直徑約為930億光年。 然而,由於宇宙膨脹速度遠超光速,可觀測宇宙的大小遠大於138億光年。

現在讓我們深入探討一下為什麽一艘飛船朝著一個方向持續飛行可能會回到原點。這涉及到時空曲率和物質分布對飛行路徑的影響。在彎曲的時空中, 直路線徑可能並非真正直線,而是回到起點或者走出一個閉合回路。

想象一條沿著球面走的直路線徑,當你走到球體表面另一側時會發現自己回到了起點。 類似地,在彎曲的時空中,沿著直路線徑也可能導致回到原點。

這意味著即使飛船以恒定速度朝著一個方向飛行,在曲率下可能最終回到了起點。 如同遊弋在時間和空間之海中,永無終點。

總結:盡管我們在科幻作品中常常看到超光速旅行或穿越宇宙的情節,但事實上超光速是不可行的,並且只需接近光速即可穿越宇宙。 同時,考慮到目前觀測到的可觀測宇宙大小和結構以及愛因史坦廣義相對論提供的框架下時空彎曲的特性,即使以極高速度持續朝一個方向飛行也可能最終回到原點。這讓人不禁思考:我們與整個無垠星系共存於同一時刻,在這廣袤而神秘之地裏永遠存在與探索。

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