光速是宇宙中最快的速度吗?

如果要到可观测宇宙的边缘,光速前进则需要465亿年。要知道,宇宙诞生到现在所过去的时间也只有138亿年,所以光最远只能前进138亿光年。

于人类而言,每秒能够前进大约30万公里的光速非常之快。只要不到0.14秒的时间,光就能绕着地球赤道(赤道半径6378.1公里)旋转一周,每秒可以绕行将近7.5周。地球上无论相隔多远的地方,以光速前进总能快速到达。

即便到了太空中,光速仍然很快。人类发射的火星探测器飞到火星通常需要半年的时间,如果以光速前往火星,即便是地火最大的4亿公里距离,所需的时间也只要22分钟。旅行者1号以17公里/秒的速度飞出半径1光年的太阳系需要耗时1.8万年,但以光速飞行只要1年的时间。

然而,进入更加浩瀚的星际空间之后,宇宙距离之远,使得光速也变得“慢如蜗牛”。从太阳系到银河系中心,以光速前进需要2.6万年的时间才能到达。从银河系盘面的边缘到达另一边缘,光至少需要走10万年的时间。

在银河系之外,将是广袤无垠的星系际空间。那里的空间极其空旷,只有一些密度极低的气体云和光子。星系与星系之间相隔都非常遥远,如果以光速前往距离我们最近的大型河外星系——仙女座星系,所需的时间将会是254万年。当然,实际时间可能会更短一些,因为仙女座星系正在朝着银河系运动。

在2亿光年之外,一个巨大的引力中心——巨引源,正在把银河系吸引过去。如果以光速前进,则需要2亿年的时间才能到达。在这么远的距离下,空间膨胀速度非常快,实际所需的时间要长于2亿年。

如果要到可观测宇宙的边缘,光速前进则需要465亿年。要知道,宇宙诞生到现在所过去的时间也只有138亿年,所以光最远只能前进138亿光年。我们之所以能够看到可观测宇宙的边缘,并不是因为那里发出的光走完了465亿光年的距离,而是因为宇宙超光速膨胀,导致当年发光的位置退行到遥远的地方。

正是由于空间超光速膨胀,宇宙的实际范围要远远大于可观测宇宙。据估计,从整个宇宙的一端前往另一端,光需要耗时23万亿年才能到达,这还是在不考虑宇宙膨胀的情况。事实上,由于宇宙膨胀速度比光速还快,这导致光永远也不可能从宇宙的一端传播到另一端。

在整个宇宙之外,还有什么,目前并不知道。或许什么也没有,或许还有平行宇宙。总之,宇宙之大远远超出我们的想象。

由此可见,光速在宇宙中真的非常慢。而相对论表明,光速是宇宙最快的速度,超光速被认为是不可能的,宇宙飞船这样有静质量的物体甚至就连光速都不能达到,只能无限接近。

那么,这是否意味着宇宙大到永远也无法被探索完呢?甚至我们就连银河系都无法走遍呢?

虽然相对论限制了极限速度,但并没有限制我们探索宇宙。根据狭义相对论,只要宇宙飞船的速度足够接近光速,飞船上的时间变得足够慢,这样就能在有限的时间飞到遥远的宇宙中。

另一方面,广义相对论表明,我们可以通过操纵空间来实现超光速飞行,这就是曲速飞行。利用具有负能量密度的奇异物质,可以扩张宇宙飞船后方的空间,并压缩宇宙飞船前方的空间,这可以让遥远的宇宙以超光速朝着飞船而来。

理论上,负物质不但可以实现曲速飞行,而且还能打开星际航行的终极通道——虫洞,它可以让我们去往任意遥远的宇宙。霍金认为,宇宙中会自发地产生虫洞,只是它们的尺寸太小,无法用于星际飞行,只有找到负物质打开更大的时空通道才行。

目前,人类还没有找到终极的物理学理论,因为引力还没有被统一起来。宇宙中还存在更加深层次的运行机制,如果我们能够找到,也许人类文明就能发展成为宇宙中的“神级文明”,探索宇宙将犹如探囊取物一样简单。

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