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宇宙的浩瀚无边为地球人带来了巨大的困惑。在群星之间,人类面临的最大谜题莫过于“宇宙真的太辽阔了!”
究竟宇宙有多大呢?我们无从得知,也许永远都不会得知。目前可观察到的宇宙直径大约为930亿光年。由于宇宙在膨胀,超出可观察宇宙范围的光线永远不会抵达我们的星球。因此,我们无法窥视到可观察宇宙之外的太空。
宇宙中速度的极限是光速,大约每秒钟能走30万公里。太阳和地球之间的距离,光只需要8分钟左右就能飞越。这是目前我们所知道的宇宙中的最快速度。换句话说,光速就是宇宙速度的极限。速度顶多如此。
光速的神奇之处在于,它与任何速度相加后仍旧是其本身的速度,与光源所在参照系的移动无关。进一步说,一个物体移动的速度越快,其质量就会变得越大。但是要显现出这种质量的增加,物体的速度必须接近亚光速,这时质量的变化才变得显而易见。但在我们日常生活中看到的物体运动速度实在太慢,质量的增加几乎可以忽略不计。
当一个物体的速度极接近光速时,它的动质量将趋于无穷大。因此,任何拥有静质量的物体都不可能达到光速。只有那些静质量为零的物质(比如光子)才能以光速移动,而且它们本来就是以光速移动的。
在人类眼中,光速无疑是快速的。但在宇宙的尺度下,光速却又显得如此缓慢。作个对比,人类步行的速度自然比不上汽车,然而对于家居活动来说,步行速度已绰绰有余。要去别的城市,步行速度不够,可以用汽车替代。而如果要跨国旅行,则需要使用速度更快的飞机。
一旦脱离太阳系,人类的力量就显得力不从心。迄今为止,人类还没有成功脱离太阳系,哪怕是无人探测器也尚未实现。太阳系与最近的恒星比邻星的距离大约是4.3光年。即使人类能够以光速行进,也需要4.3年才能抵达比邻星。
若人类想要探索更多恒星系统,速度无疑是个关键问题。即使是光速,抵达其他恒星系统也需耗费漫长的时间。人类的飞船前往其他恒星系统可能需要几十年、几百年,甚至是更久。而与人类短短不足百年的寿命相比,实在是太过漫长!
因此,要想实现真正的星际旅行,超光速旅行是必须的,否则人类将被束缚在太阳系内,人类文明的发展也会受到限制。
但问题又来了,就算人类能够超光速旅行,是否就能解决上述问题呢?
科幻小说和电影中最常提到的超光速旅行方式就是曲速引擎。
曲速引擎并不像传统发动机那样直接推动航天器前进,而是在航天器周围形成一个“时空泡泡”,通过移动这个泡泡来带动航天器,从而实现超光速旅行。在这个过程中,飞船实际上是相对静止的,只是周围的时空结构发生了变化。这种方式并不违背自然法则。
根据爱因斯坦的广义相对论,这种现象的本质是时空的弯曲。有质量的物体能影响时空结构,使之发生弯曲。时空弯曲在外在的表现形式就是引力。这也是为何物体的质量越大,其引力就越强。
如果我们能够制造出一种机器,能降低飞船后方的时空曲率,那么由于前方较高的时空曲率,飞船就会被拉拽着向前进。但在科幻作品中,即使是曲速引擎的速度,有时也被认为是“落后”的。
让我们简单浏览一下图表中关于曲速引擎的速度描述。以9.9级曲速引擎为例,其速度能够达到3052倍光速。这是一个难以想象的速度,然而科学家们还是认为这个速度并不足够。
因为宇宙实在是太过辽阔。以我们的银河系为例,它的直径大约为200,000光年。即便以3052倍光速穿越银河系,也需要60多年的时间,而在宇宙中,类似银河系这样的星系实在是太普遍了。
与曲速引擎相比,更让人憧憬的星际旅行技术莫过于“太空跳跃”,或者说是“虫洞”。通过虫洞,人们可以瞬间跨越巨大的星际距离。在这种情况下,曲速引擎就显得太慢了。
不过,无论是曲速引擎还是虫洞,对于目前人类的技术水平而言,都还只是美好的梦想。在浩瀚的宇宙面前,人类实在是显得太过渺小。但我们有理由相信,在不远的将来,凭借人类的智慧,我们将引领文明走向更加辉煌的未来,飞出太阳系、银河系,甚至探索整个宇宙,这些将不会只是梦想。