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宇宙还存在一个除光速之外的速度限制,这才是人类真正的障碍?

2024-10-17科学

在太阳系的八大行星里呀,眼下就只有地球这颗行星有生命啦,生命的现身给地球添了不少色彩呢,特别是人类出现之后,解开了地球上好多的奥秘。从古到今,人类一直在不断提升自己的速度呢,因为只有速度够快,人类才能对世界有更多的了解和认知。古时候呀,因为人类的科技不咋发达,所以古人对世界的认知不全乎,他们一直觉得我们的地球就是唯一的世界,月球和太阳都围着地球转。不过呢,随着人类科技的进步,现在人类已经晓得地球不是唯一的世界啦,太阳其实是颗恒星,月球是地球的卫星。

现在人类已经可以登上月球啦,去探索月球的那些奥秘呢。这说到底主要是因为人类有了够快的速度呀。科学家研究得出,要是人类想环绕地球运行,就得达到第一宇宙速度呢,这个飞行速度最低得达到每秒 7.9 千米哦,用这么快的速度飞,飞船就不会落到地面上啦。现在人类发现的那些卫星飞行速度基本上比这个速度稍微小一点。要是一个物体想飞出地球,飞到别的天体上去,飞船的速度就得达到第二宇宙速度啦,这个速度也叫逃逸速度,得达到 11.2 千米每秒呢。不过去月球呀,只要 10.8 千米每秒就够啦。

第三宇宙速度那可是能逃出太阳系的速度呢,得达到 16.7 千米每秒才行。在人类发现的那些探测器里头,旅行者 1 号探测器的飞行速度就达到了这个能逃逸的速度。以前科学家发射旅行者 1 号探测器,就是想让它飞出太阳系。到现在,旅行者 1 号探测器已经在太阳系里飞了 46 亿年啦,可它还没完全飞出太阳系呢。科学家经过一算得出,按照旅行者 1 号探测器的飞行速度来算,要完全飞出太阳系最少得要上万年时间呢,这对人类来说可太长啦,所以人类要想飞出太阳系,就必须得有更快的速度。

目前按照科学家的研究来讲,宇宙中最快的飞行速度当属光速啦,光速大概是每秒 30 万千米呢。看到这儿,或许很多朋友会有个疑问,光速这么快,人类是咋计算出来的呀?其实很早之前,人类就开始测光速啦。以前古希腊哲学家亚里士多德觉得光速是无限的,因为他觉得光好像是从眼睛里发射出去的,一睁开眼就能看到整个世界,这就表明光一瞬间就能发出去和收回来,所以他认为光速是无限的。后来到了 1607 年,物理学家伽利略对光速进行了测算,当时他让两个人分别站在两个山头,各自拿着一盏灯,看到对面灯后,就马上用遮挡物挡住自己的灯。

当瞧见对面那人把自己的光给挡住啦,接着又放出自己的灯光,靠着山头间的距离以及灯光的闪烁,就能算出光速啦。不过呢,因为这个距离有局限,而且光速太快啦,所以伽利略那会儿没算出光速到底有多快。不过伽利略得出个结论,那就是光速是有限的,不是无限快的。后来在 1676 年,丹麦的那个科学家罗默,利用木星卫星的木食现象来计算光速。当时这位科学家观测到木星卫星发生日食的预测时间和实际看到这些日食的时间差了 1000 秒,他觉得这是因为木星和地球之间的距离变化啦,光从木星传播到地球的时间就是光的速度。

那会儿这位科学家算出光速大概是每秒 214000 公里,这数值跟现在人类算出来的光速差挺多,可在那时候能算出光速,就说明这位科学家超厉害啦。到了 1728 年,詹姆斯·布拉德利通过观测恒星光行差得出另一种估计方法,恒星光行差就是地球绕着太阳转导致恒星表现移位的现象,用这办法,他算出光速大约是每秒 301000 千米,这速度已经很接近光速啦。后来随着人类科技不断进步,现在人类算出的光速数值是 299792.5 千米每秒。

要是照着这个速度在宇宙里飞呀,飞出太阳系用不了 4 年呢。光速对人类来说那可太快啦,现在人类的飞行速度连光速的百分之一都不到。不过呢,就算是光速,面对那浩瀚的宇宙也显得没啥招儿。现在人类能观测到的宇宙直径有 930 亿光年呢,这就意味着光速飞行得 930 亿年呀。而且这还不是宇宙的全部呢,宇宙说不定比咱想的还大呢。要想探索宇宙的奥秘,人类必须得超过光速才行。可爱因斯坦觉得,光速是没法超越的,物体的飞行速度只能无限靠近光速,可就是达不到光速。

为啥光速没法超越呢?在爱因斯坦的狭义相对论里呀,物体的质量会跟着速度的提升而变大呢,所以速度快接近光速的时候,物体质量就快趋向于无穷大啦,那要是想接着加速,就得消耗更多能量,这显然是做不到的事儿呀,所以光速就不能被超越啦。要是光速真不能超越,那人类想探索宇宙的奥秘可就难喽,咱这宇宙还在膨胀着呢,而且膨胀速度都远远超过光速啦。20 世纪初的时候,美国那个物理学家埃德温·哈勃在观测星系时发现,星系里的光谱有红移现象,这现象就表明这些星系在远离我们呢。

看到这现象后,埃德温·哈勃给出了个大胆猜想,即我们的宇宙在持续膨胀呢。这理论一出,好多人都觉得不可思议,因为之前呀,人类一直觉得宇宙是静态的。接着呢,好多科学家都纷纷去观测宇宙,最后发现埃德温·哈勃的这个观点是对的。这理论让人类对宇宙有了新的认识,也让科学家挺绝望的,要是宇宙一直膨胀下去,那我们或许永远都找不着宇宙的边缘啦,毕竟光速限制是人类目前跨不过去的坎儿。不过科学家觉得,在宇宙中除了光速限制,还有个速度限制,这个限制被叫做 GZK 极限。

根据光速没法超越这理论呀,人类最快速度只能无限接近光速啦。就这速度,在太阳系里飞那可老快啦,毕竟太阳系里有好多人类能利用的资源呢。不过呢,当人类飞行速度无限接近光速时,就必须得面对一个问题,那就是 GZK 极限,也叫 GZK 拦截。它指的是遥远宇宙空间外射线有个理论上限值,简单说就是在宇宙里高速飞的时候,飞船可能会撞着。看到这儿,可能好多人会说,宇宙里连外星人都没有,咋会撞呢,毕竟宇宙又不是地球,马路上每天都有好多车。其实一般情况下,飞船确实没啥碰撞的条件。

毕竟宇宙里的物质太分散啦,以前科学家发射的旅行者 1 号探测器和旅行者 2 号探测器在宇宙飞了这么久,到现在都没撞上,这是因为旅行者 1 号探测器飞行时能察觉到前方有没有障碍物,要是发现有就可以提前准备。而且以旅行者 1 号的飞行速度,宇宙里的微粒对探测器不会有实际伤害。但飞船速度无限接近光速就不一样啦,这时飞船就得留意宇宙中的微小粒子啦。之前说过,物体达到光速质量会无限大,接近光速质量也会接近无限大。

当宇宙飞船以亚光速飞行之际,这些宇宙微粒便能撞击到飞船上,还会给飞船带来一定的损坏呢。科学家研究发现,在宇宙中,微粒子充斥着整个宇宙空间哦。这些粒子通常是被宇宙中的高能射线撞击原子,从而分离出电子、质量以及威力等等。平均每平方米大概有 1 个亚原子粒子呢,所以这是人类提升速度之后的另一个限制啦。也许很多人看到这儿会说,飞船速度快,又不是宇宙中的粒子速度快,那这些粒子为啥会对飞船造成损害呢?其实这就跟飞机撞击鸟的道理差不多呀。在飞机飞行过程中,撞击到鸟类的概率可不低呢,据统计,全球大概有 1000 万起飞机撞击鸟的事故呢。

其中有 2%的飞机受损啦,好多人也因为飞机撞上鸟而死掉嘞。为啥飞机撞鸟能有这么大威力呢?其实呀,飞机撞鸟的主要破坏来自飞机本身呢,毕竟鸟的身体很轻嘛。不过按照力学计算哦,如果飞机以每小时 800 公里左右的速度飞,撞上一只 0.45 公斤的小鸟,会产生 153 公斤的冲击力呢;一只 7 公斤的大鸟撞上时速 960 公里每小时的飞机,冲击力能达到 144 吨哦。而飞船以亚光速飞行时,撞击产生的威力那简直没法想象,所以人类要是想大幅提升飞船速度,这个因素可得考虑进去哟。

要是把 GZK 极限问题给解决啦,那人类能实现超光速飞行不?科学家觉得,人类要想实现超光速飞行是有可能的,就像在宇宙里找到虫洞那样。科学家认为,宇宙中应该有那种能穿越时空的隧道,要是我们能进到这个隧道里,人类的飞行速度就能超过光速,还能在很短时间内到达很远的地方呢。以前在爱因斯坦的相对论里就提到过虫洞,虫洞是能把两个空间缩短的一种通道。好多科学家觉得,黑洞可能就是虫洞的入口,因为黑洞能无限制地吞噬物质,那这些被吞噬的物质最后去哪儿啦?现在科学家也在努力研究呢。

科学家觉得,黑洞那一边或许还存在一种很神秘的天体叫白洞,黑洞跟白洞连到一起就形成了虫洞,虫洞是能穿越时空的通道。现在黑洞已经被科学家证实啦,可白洞和虫洞还只是在理论里呢。将来等人类科技进步了,搞不好就能找到虫洞。除了虫洞,科学家还认为可以用曲速飞行来达到超光速。曲速引擎其实就是一种反物质驱动,人类利用时空的扭曲,把想去的起点和终点不断拉近,这样两地之间的距离就会被强行缩小,飞船在被压缩的空间里飞行,速度就能超过光速。

这个方法不会违背爱因斯坦的理论哦。科学家觉得呢,空间可不能无限制地扭曲呀,等空间扭曲到 9.99 啦,那就是曲速引擎的极限啦,这个速度大概是光速的 2140 倍呢。要是人类真能把这项技术搞出来,那人类探索银河系就有盼头啦。我呀,就希望人类能早点儿实现自己的梦想,飞出太阳系,去探索更广阔的宇宙奥秘,真希望这一天能早点儿到来呢。大家对这事儿有啥想说的呀?