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假设一艘飞船朝着一个方向以一亿倍光速飞行,能飞出宇宙吗?

2024-02-06科学

很遗憾,先不说飞船的速度能不能达到一亿倍光速的问题,即便能达到这个速度,也不可能飞出宇宙。更不可思议的是,如果飞船一直朝一个方向飞行,最终甚至 有可能回到出发时的原点。

为什么会这样?主要有两个原因。

第一,飞船一直朝着一个方向飞行,其实是无法做到的,我们认为的「朝着一个方向」其实是 沿着弯曲的时空 飞行。

按照爱因斯坦的广义相对论解释,我们所在的 时空并不是绝对的 ,不是一成不变的,而是很有弹性的,可以弯曲,压缩,拉伸甚至撕裂。也就是说,宇宙时空不可能是绝对平直的,宇宙万物其实都是沿着弯曲时空做「测地线」运动,所谓测地线,就是弯曲时空中的最短距离。

虽然我们并不知道宇宙的形状,不知道宇宙到底是封闭的球形,还是开放的平面形状或者马鞍形状,但有一点是主流科学界的共识: 宇宙是有限无边的

什么意思呢?

就是说,我们的宇宙是有限的,但没有边界。如何理解宇宙的这种状态呢?可以把整个宇宙想象成地球,地球的大小是有限的,但没有边界,你沿着地面一直走下去,永远不可能到达地球边界,更不可能走出地球,最终甚至有可能回到你最初的出发点。

当然,我们可以直接飞出地球,但我们不可能直接飞出宇宙,因为宇宙的定义就是四维时空的集合体,我们本身也是四维时空的一部分,意味着我们存在的基础就是四维时空。除非你能以某种方式逃离四维时空,到达可能存在的高维度时空,否则你永远不能离开宇宙。

说白了,宇宙其实是没有「内外」之分的, 所有的东西都在「里面」,没有「外部的空间」 。也就是说,无论飞船的速度多快,它到达的任何地方都属于四维时空,都属于宇宙的一部分。

第二,刚才说了宇宙没有边界,意味着也没有中心。实际上换一种思维方式也可以这么理解: 宇宙到处都是边界,到处都是中心! 这两者之间并不矛盾。那么,到底该如何理解呢?

现代主流科学理论认为,宇宙起源于138亿年前的大爆炸,基于大爆炸理论,科学家们计算出 可观测宇宙的直径大约为930亿光年 ,这个测量结果是以地球为中心测量的,宇宙就是以地球为中心,465亿光年为半径的超大球体。

当然地球并非宇宙的中心,那么为什么还要以地球为中心测量可观测宇宙大小呢?

因为宇宙具有各向同性,因此无论在任何地方测量可观测宇宙大小,结果都是一样的。也就是说,换一个星球,比如说距离地球一千光年外的星球上测量,测量出来的可观测宇宙的直径仍旧会是930亿光年。

宇宙就是一个不断膨胀的动态 四维时空结构 ,膨胀速度远超光速,而宇宙年龄约为138亿年,这意味着对于宇宙中的任何地方来讲,最多都只能看到138亿年前的光。而宇宙的膨胀速度远超光速,所以可观测宇宙直径远大于138亿光年。

既然无论从任何地方测量,测量到的可观测宇宙直径都是930亿光年,已经说明了宇宙处处都是中心,处处都是边界,可观测宇宙的边缘就是宇宙的「边界」!

说完了这个问题,还是有必要对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 ,任何具有静质量的物体或者任何信息的速度都不可能超过光速,更不要说一亿倍光速了。

也就是说「超光速」这种假设是没有任何现实意义的,爱因斯坦的狭义相对论早就告诉了我们光速的特点,光速不可超越。

但是,网络上总会有人反对「光速限制」这个结论,总是会质疑:说到光速,你就拿狭义相对论反驳,难道相对论就是真理吗?相对论就一定正确吗?

其实这种质疑相对论的出发点就错了,一百多年来,科学家已经验证了无数次,结果都表明相对论没有错。

当然,如果你非要质疑相对论的话,也不是不可以, 直接拿出任何违背相对论的事实就可以了 ,没那么复杂。但是你能拿出来吗?

其实一百多年来,物理学家们一直没有停止过对相对论的质疑,但最终的结果都指向了一点:相对论是正确的,起码目前是正确的。

所以,如果你想质疑相对论的话,请以正确的姿态质疑,正如刚才所讲,找出违反相对论的现象不就行了吗?千万不要用这样的口吻质疑:相对论一定是真理吗?没有任何科学理论是真理,因此,你这样的质疑方式其实没有任何意义。

其次,真要想穿越宇宙的话,根本用不着一亿倍光速,甚至不用光速,只要无限接近光速就可以了。

光速,每秒30万公里,在人类眼里很快,但放在浩瀚宇宙里,也是慢如蜗牛。但光速与其他速度不同,有一个最大的特点:接近光速飞行可以让时间膨胀同时让空间缩短,也就是我们通常所说的 「时间膨胀效应」和「尺缩效应」

什么意思呢?

只要你的速度足够快,你的时间相对外部世界就会变得足够慢,同时空间距离也会足够短。当你的速度无限接近光速时,你的时间就会趋于停止,而任何再远的距离对于你来说都是近在咫尺。

因此,假设你的速度达到了光速,你就没有任何时间概念,相对外部世界你就是静止的。通俗来讲, 你的一瞬间,外部世界就过去了无限长的时间 。同时,哪怕是宇宙的边界,对于你来讲也是近在咫尺,甚至你都不用动,已经到了宇宙边界,因为在你光速飞行的那一瞬间,宇宙的边界距离你无限近,相当于就在你脚下。

当然,你不可能以光速飞行,但可以非常接近光速。

所以,完全用不着一亿倍光速飞行,且不说一亿倍光速是行不通的,即便行得通,也没必要,那么高的速度完全是浪费,只要无限接近光速就能在一瞬间到达宇宙边界,甚至穿越宇宙。

但前提是,宇宙必须存在边界。遗憾的是,这个前提不成立,宇宙并没有所谓的边界!

完!