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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?

2024-02-06科學

很遺憾,先不說飛船的速度能不能達到一億倍光速的問題,即便能達到這個速度,也不可能飛出宇宙。更不可思議的是,如果飛船一直朝一個方向飛行,最終甚至 有可能回到出發時的原點。

為什麽會這樣?主要有兩個原因。

第一,飛船一直朝著一個方向飛行,其實是無法做到的,我們認為的「朝著一個方向」其實是 沿著彎曲的時空 飛行。

按照愛因斯坦的廣義相對論解釋,我們所在的 時空並不是絕對的 ,不是一成不變的,而是很有彈性的,可以彎曲,壓縮,拉伸甚至撕裂。也就是說,宇宙時空不可能是絕對平直的,宇宙萬物其實都是沿著彎曲時空做「測地線」運動,所謂測地線,就是彎曲時空中的最短距離。

雖然我們並不知道宇宙的形狀,不知道宇宙到底是封閉的球形,還是開放的平面形狀或者馬鞍形狀,但有一點是主流科學界的共識: 宇宙是有限無邊的

什麽意思呢?

就是說,我們的宇宙是有限的,但沒有邊界。如何理解宇宙的這種狀態呢?可以把整個宇宙想象成地球,地球的大小是有限的,但沒有邊界,你沿著地面一直走下去,永遠不可能到達地球邊界,更不可能走出地球,最終甚至有可能回到你最初的出發點。

當然,我們可以直接飛出地球,但我們不可能直接飛出宇宙,因為宇宙的定義就是四維時空的集合體,我們本身也是四維時空的一部份,意味著我們存在的基礎就是四維時空。除非你能以某種方式逃離四維時空,到達可能存在的高維度時空,否則你永遠不能離開宇宙。

說白了,宇宙其實是沒有「內外」之分的, 所有的東西都在「裏面」,沒有「外部的空間」 。也就是說,無論飛船的速度多快,它到達的任何地方都屬於四維時空,都屬於宇宙的一部份。

第二,剛才說了宇宙沒有邊界,意味著也沒有中心。實際上換一種思維方式也可以這麽理解: 宇宙到處都是邊界,到處都是中心! 這兩者之間並不矛盾。那麽,到底該如何理解呢?

現代主流科學理論認為,宇宙起源於138億年前的大爆炸,基於大爆炸理論,科學家們計算出 可觀測宇宙的直徑大約為930億光年 ,這個測量結果是以地球為中心測量的,宇宙就是以地球為中心,465億光年為半徑的超大球體。

當然地球並非宇宙的中心,那麽為什麽還要以地球為中心測量可觀測宇宙大小呢?

因為宇宙具有各向同性,因此無論在任何地方測量可觀測宇宙大小,結果都是一樣的。也就是說,換一個星球,比如說距離地球一千光年外的星球上測量,測量出來的可觀測宇宙的直徑仍舊會是930億光年。

宇宙就是一個不斷膨脹的動態 四維時空結構 ,膨脹速度遠超光速,而宇宙年齡約為138億年,這意味著對於宇宙中的任何地方來講,最多都只能看到138億年前的光。而宇宙的膨脹速度遠超光速,所以可觀測宇宙直徑遠大於138億光年。

既然無論從任何地方測量,測量到的可觀測宇宙直徑都是930億光年,已經說明了宇宙處處都是中心,處處都是邊界,可觀測宇宙的邊緣就是宇宙的「邊界」!

說完了這個問題,還是有必要對光和光速本身做一下科普。

首先,超光速是行不通的, 宇宙中存在光速限制 ,任何具有靜質素的物體或者任何資訊的速度都不可能超過光速,更不要說一億倍光速了。

也就是說「超光速」這種假設是沒有任何現實意義的,愛因斯坦的狹義相對論早就告訴了我們光速的特點,光速不可超越。

但是,網絡上總會有人反對「光速限制」這個結論,總是會質疑:說到光速,你就拿狹義相對論反駁,難道相對論就是真理嗎?相對論就一定正確嗎?

其實這種質疑相對論的出發點就錯了,一百多年來,科學家已經驗證了無數次,結果都表明相對論沒有錯。

當然,如果你非要質疑相對論的話,也不是不可以, 直接拿出任何違背相對論的事實就可以了 ,沒那麽復雜。但是你能拿出來嗎?

其實一百多年來,物理學家們一直沒有停止過對相對論的質疑,但最終的結果都指向了一點:相對論是正確的,起碼目前是正確的。

所以,如果你想質疑相對論的話,請以正確的姿態質疑,正如剛才所講,找出違反相對論的現象不就行了嗎?千萬不要用這樣的口吻質疑:相對論一定是真理嗎?沒有任何科學理論是真理,因此,你這樣的質疑方式其實沒有任何意義。

其次,真要想穿越宇宙的話,根本用不著一億倍光速,甚至不用光速,只要無限接近光速就可以了。

光速,每秒30萬公裏,在人類眼裏很快,但放在浩瀚宇宙裏,也是慢如蝸牛。但光速與其他速度不同,有一個最大的特點:接近光速飛行可以讓時間膨脹同時讓空間縮短,也就是我們通常所說的 「時間膨脹效應」和「尺縮效應」

什麽意思呢?

只要你的速度足夠快,你的時間相對外部世界就會變得足夠慢,同時空間距離也會足夠短。當你的速度無限接近光速時,你的時間就會趨於停止,而任何再遠的距離對於你來說都是近在咫尺。

因此,假設你的速度達到了光速,你就沒有任何時間概念,相對外部世界你就是靜止的。通俗來講, 你的一瞬間,外部世界就過去了無限長的時間 。同時,哪怕是宇宙的邊界,對於你來講也是近在咫尺,甚至你都不用動,已經到了宇宙邊界,因為在你光速飛行的那一瞬間,宇宙的邊界距離你無限近,相當於就在你腳下。

當然,你不可能以光速飛行,但可以非常接近光速。

所以,完全用不著一億倍光速飛行,且不說一億倍光速是行不通的,即便行得通,也沒必要,那麽高的速度完全是浪費,只要無限接近光速就能在一瞬間到達宇宙邊界,甚至穿越宇宙。

但前提是,宇宙必須存在邊界。遺憾的是,這個前提不成立,宇宙並沒有所謂的邊界!

完!