如果乘坐一艘每秒能穿越一光年的飞船,我们究竟需要多久才能抵达宇宙的边界?2019年,随着科幻巨作《流浪地球》的上映,中国掀起了一股科幻热潮。该片的原著作者刘慈欣及其作品受到了广泛关注,人们在阅读科幻小说时不禁为作者们天马行空的想象力所折服。以《三体》为例,书中的创意层出不穷,尤其是那些超光速飞船的概念,激发了人们对未来科技的无限遐想。
让我们现在就展开想象,设想自己驾驶着这样一艘飞船,探索宇宙的边界。首先,我们需要明白光年是测量距离的单位,指的是光在一年时间里沿直线传播的距离。光速大约是每秒299792458米,因此一光年大约是9460730472580800米,或者说9.4607×10^12千米。了解了这个概念后,我们的星际旅行就可以开始了。
如果飞船每秒可以飞一光年,那么在一秒钟内,我们就能到达太阳系的边缘。太阳系的边界有两种定义:日光层之外的边界,以及太阳引力影响范围之外的奥尔特云。我们一秒钟就能抵达奥尔特云附近,然后继续我们的星际之旅。
穿越太阳系后,大约3.22秒后,我们就能接近半人马座a的比邻星,这是离我们最近的恒星。八秒后,我们将目睹天空中最亮的天狼星,与我们在地球上看到的景象截然不同。继续飞行几十秒,我们会遇到许多熟悉的星球,比如璀璨夺目的巨蟹座55e。
大约15分钟后,我们会看到参宿七发出的强烈光芒,这是目前已知最亮的蓝超巨星,其亮度是太阳的12万倍。为了保护视力,星际旅行者可能需要佩戴特殊的眼镜。六小时后,我们将实现人类长久以来的梦想——飞出银河系,到达银河系的边缘。
接下来,我们将前往仙女座星系,这个星系的直径大约是银河系的1.6倍,距离地球约254万光年。即使飞船速度极快,穿越它也需要一个月左右的时间。然后,我们将飞越半径达1亿光年的室女座超星系团,这可能需要两年时间。几百年后,我们可能会接近已知最大的黑洞ton618,而飞船上的乘客可能已经更迭了数代。
然而,即使飞行了几百年,我们仍未到达宇宙的边缘。根据哈勃体积的计算,宇宙的半径约为460亿光年,即使以一秒一光年的速度飞行,也需要大约1450年才能到达已知宇宙的边缘。这表明,即使是光速,在浩瀚的宇宙面前也显得微不足道。
更进一步,如果宇宙真的像暴胀模型所描述的那样在不断膨胀,并且膨胀速度远超光速,那么我们的飞船永远无法追上宇宙的边缘。我们的飞船速度固定,而宇宙边缘却在加速远离我们。如果科技无法突破,即使飞船上的人类能够持续繁衍,也无法到达宇宙的边缘。
此外,我们所知的宇宙边缘实际上是可观测宇宙的边界,这是通过观察遥远星光得知的。我们无法确定这束光背后是否还有未知的天体,也许我们认为的宇宙边缘只是宇宙的一小部分。
关于宇宙是否有边界,这是一个难以回答的问题。即使借助最先进的工具,我们也无法观测到那么远的地方。我们现在所说的边界,实际上是可观测宇宙的边缘。加州理工学院的一位物理系教授指出,由于我们的观测范围有限,我们无法确定在我们可观测宇宙之外的事物。
宇宙可能像球面一样,没有明确的边缘,你只会在走完一圈后回到起点。至于超光速飞行,虽然爱因斯坦的狭义相对论告诉我们光速不可超越,但世界各国仍在研究超光速的可能性。中国运载火箭研究院的林金教授曾提出,飞船在足够长的时间内相对于惯性坐标系加速,理论上可以超过光速。
但这并不意味着我们可以轻易实现超光速飞行。目前,人类甚至无法制造光速飞船,考虑超光速飞船似乎为时尚早。然而,这并不是不切实际的幻想,因为在未来,我们迟早需要面对并解决这个问题。
关于宇宙边缘之外,有理论提出存在镜像宇宙或多元宇宙的概念。这暗示了一个更大的空间中可能存在许多类似的宇宙泡泡。如果我们真的找到了宇宙的边缘并继续探索,我们可能穿越了当前宇宙的边界,进入了另一个宇宙。
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