為什么科學家認為,就算是超光速飛行,也無法到達宇宙邊緣?
要解答這個問題,先得澄清“邊緣”的概念,在目前的宇宙學理論中,宇宙的結構有幾種可能。
首先是直徑約930億光年的可觀測宇宙,包含光子從138億年前的大爆炸傳播到地球的范圍,第二是整個宇宙,可能無限大,或有限但無邊界,呈現閉合超球體結構,但是2023年《物理評論D》基于普朗克衛星數據,傾向于無限平坦宇宙,也就是宇宙是一個無限延伸的平面結構。
就目前而言,宇宙邊緣一般指的是可觀測宇宙的邊界,也就是465億光年之外,超過這個范圍雖然也存在星系,但它們發出的光永遠也到不了地球了,因為宇宙時空處于超光速膨脹階段,而且還是加速膨脹。
從138億年前的宇宙大爆炸開始,我們的宇宙就開始了超光速膨脹,這期間占比68%的暗能量還加速了這一進程,哈勃望遠鏡和韋伯望遠鏡的觀測結果都顯示,遠處星系遠離地球的速度和距離成正比,即距離地球越遠的星系遠離地球的速度越快,最終在距離地球465億光年的地方正式超光速,和地球失去因果聯系。
在更遠的1000億光年外,宇宙膨脹的速度已經是兩倍光速了,這個速度是可以隨著距離而無限疊加的,飛船的超光速則會有個極限,如此一來追趕宇宙邊界就變成不可能的事情了,2022年《天體物理學雜志》比喻:追趕宇宙邊界像跑步機上跑步,空間只會以更快速度后退,永遠追不上。
愛因斯坦的狹義相對論還會限制超光速飛船的誕生,因為飛船是有質量的,質能方程禁止有質量的物體達光速,因能量需求會在達到光速之前變成無窮大,而宇宙中是不存在無限大的能量的,強行超光速還會違背時間公式,導致時間反向流動,讓飛船在制造之前就出現,擾亂時間線。
目前理論允許的超光速方式只有蟲洞,又被稱為愛因斯坦-羅森橋,是時空扭曲到極點的產物,霍金曾認為它只在宇宙大爆炸早期存在過,當時的宇宙時空很熾熱,像一鍋沸騰的開水,蟲洞就是水里短暫出現并連通的小氣泡,后來隨著宇宙的膨脹和冷卻,天然蟲洞就失去了存在的基礎,導致現在的宇宙中只有黑洞了,白洞和蟲洞都不存在了。
人工產生蟲洞,在目前的理論里需要負質量或者奇異物質,這兩種都還存在于科幻階段,也許未來出現比相對論更強的時空理論后,人造蟲洞才能成為現實。
在可以預見的未來,蟲洞仍然遙遙無期,人類文明的活動范圍將長期局限在太陽系內,直到技術爆炸再次發生,短時間內成為二級文明或者更高的科技水平,否則太陽系可能會成為人類文明永遠的家園,因為不掌握超光速,就談不上探索宇宙,連探索銀河系都做不到。
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