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为什么说光速实际很慢?如同宇宙的终极限制,要把人类困在太阳系

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我们都知道光速很快,在真空中每秒可以走 30 万公里。目前看上去,这就是宇宙中的速度极限,没有任何别的东西可以超过。

但是相比于浩瀚的宇宙空间,光速却像蜗牛一样慢。而人类目前发射的最快的宇宙飞船,更是只能勉强接近光速的千分之一。

为什么说光速非常慢?

因为宇宙的大小和距离是难以想象的巨大。很多人真的没有意识到穿越宇宙有多难,星际之间有多远!即使是离地球最近的恒星,也比离我们自己的太阳远了 26.6 万倍以上。想象一下光速吧。光从太阳到地球只需要 8 分钟,但是要到达最近的恒星却需要 4 年多

一颗子弹以约合每秒 320 米的速度飞行,要到达太阳系附近最近的恒星需要将近 400 万年。最近的星系除了银河系以外,是大麦哲伦星云,距离地球是16万光年,也就是说,光从那里到地球需要16万年

这些数据无一不让人真切感受到光速在宇宙尺度上是多么缓慢。


目前为止,人类上个世纪发射的旅行者号无人飞船基本算是逃离了太阳系,并进入了星际空间。但是即使以旅行者号现在的速度飞行,也要花费几十万年才能接近另一颗恒星。在那之前,这艘飞船估计早已坏掉。

(当然,理论上来说,在极不可能发生的情况下如果有外星文明找到了旅行者号飞船,并回收了上面携带的金唱片,那么金唱片还是可以播放出声音来)

根据普朗克卫星数据,宇宙的年龄是138.2亿年,而我们能观测到的宇宙直径大约是1500亿光年。这意味着,即使以光速传播,我们也只能看到距离我们不超过138.2亿光年的天体,这就是所谓的可观测宇宙。而可观测宇宙之外,还有更多未知的区域,我们无法用光来探测,那里是人类永恒的观察禁区。


话说回来,如果我们想要在人类极限的寿命内到达最近的恒星,我们就必须让飞船以接近光速(至少百分之几十)飞行。即使假设我们有一个完美高效的推进系统,如此高速飞行所需的动能也是非常巨大的。在目前人类能源开发水平下实在难以实现。而且,在这种高速下与宇宙尘埃发生一丁点碰撞,对于乘客和飞船本身都非常危险。

特别关键的是,人类目前也认为,光速的极限我们无法达到。

看来,如果我们人类想要穿越宇宙,那就必须另辟蹊径,超越光速。

但根据爱因斯坦的相对论,任何物质要达到或超过光速,都需要无穷大的能量,这在现实中是不可能实现的。

那么,我们是否真的就永远无法超越光速,无法在浩瀚无垠的宇宙中自由探索呢?

其实不然,科学家们已经提出了一些可能实现超光速穿越宇宙的方法,虽然目前还只是理论上的设想,但也让我们对未来有了更多的想象空间。


基于一些物理学原理,科学家认为目前最有理论可能性,且超越光速的是以下两种:

一种是利用 时空弯曲技术 来实现超光速旅行。这种方式不违反物理定律 。

这是一种利用时空弯曲来实现超光速飞行的技术,也是科幻小说和电影中常见的设定。曲率驱动可以在飞船周围产生一个扭曲时空泡泡,使得泡泡内部保持平坦时空,而泡泡外部则被压缩或膨胀。简单地说,就是让飞船在自己周围创造一个时空泡泡,在泡泡内部保持静止或低速,在泡泡外部则让时空扭曲起来形成一个“虫洞”,从而缩短两点之间距离 。这样一来,飞船就可以借助时空波动,在不违反相对论原理的情况下,在短时间内跨越巨大距离。

当然这种方法还存在很多技术上的困难和未知,比如如何制造和维持时空泡泡,如何避免虫洞塌陷或者消失,如何保证乘客的安全等等。而且曲率驱动需要消耗大量能量,并且需要一种称为负能量或暗能量的神秘物质来维持时空泡泡。

另一个可能性是,利用量子纠缠技术来实现瞬间传送 。

量子纠缠是指一种两个或多个量子态的粒子之间存在着某种联系,它们的物理性质相互依赖,即使它们相隔很远。

根据量子纠缠的原理,可以实现一种超越时空限制的信息传递,即所谓的量子隐形传态。简单地说就是让两个粒子之间产生一种特殊的联系,使得它们之间可以相互影响而不受距离限制。

如果我们能够把一个人或一个物体分解成量子态,并且与另一个地点或时间点的量子态进行纠缠,通过测量和操作其中一个量子态来重构另一个量子态,那么理论上我们就可以让飞船在一瞬间从一个地方消失并出现在另一个地方,从而实现超光速穿越宇宙。

只是,这种方法也存在很多技术上的困难和未知。如何制造和维持大量的量子纠缠状态,如何避免外界干扰或者测量误差,如何保证乘客的完整性等等,都是非常宏大的科学难题。

除此之外,超弦理论也非常有前景。这是一种试图统一所有基本粒子和基本相互作用力(包括引力)的理论框架。超弦理论认为所有物质都由极小、振动、闭合或开放、具有张力和能级分布特征等性质、类似于弦状结构组成,并且存在着多于四维以上高维度空间。如果我们能够利用高维度空间作为捷径,在其中进行跳跃或折叠,则可以达到超过四维时空限制下所能达最快速度。

当然,以上理论在未证实的情况下,看上去都非常天方夜谭。

但无论如何,穿越宇宙是一个非常有挑战性,但是对全体人类永远具有巨大吸引力的梦想。

我们生活在一颗蓝色的星球,抬头仰望星空,难免对未知充满好奇和探索欲望。

我们人类历经几千年,发明了望远镜和火箭,飞向月球和火星,在太阳系留下了足迹。

但太阳系注定不是人类的终点,它只是银河系中的一角。

太阳有一天会老去衰败,吞噬掉我们所有的温暖和希望,

所以人类绝不能停止前进。必然要冲破太阳系的边界,去探索更广阔的星际空间,去寻找更多可能的栖息地。冲向外星系,是人类生存和进化的必须。

而光速,似乎是宇宙某种力量给人类的一道枷锁,要把人类锁在太阳系。

你觉得呢?

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