开车从中国南方的三亚到东北的漠河,需要2天零18个小时,还要不眠不休。那是因为我们的速度太慢了,仅仅120千米/小时。如果能以光速运动,那么我们只需要不到0.02秒的时间。
那如果光要从地球到达宇宙边缘需要多长时间呢?那是一个你绝对想象不到的数字。
光速不仅仅是我们在宇宙中已知的最快的速度,它还是宇宙的极限速度。根据爱因斯坦方程,物质运动不能超过光速,光速精准设定为每秒299792458米,因此很多人对太空旅行已经开始绝望了。
即使以99%的光速行进,要到达银河系最近的大星系仙女座,也需要整整256万年。而量子物理学却提供了一些可能的解决办法,量子纠缠似乎绕开了光速,因为两个粒子似乎可以远距离即时通讯,但这一切只是一个猜测。
一些研究人员认为量子纠缠并没有真正打破光速,因为通讯虽然是即时的,但没有真实的信息在纠缠的粒子之间通过。
所以今天我们将从《相对论》中的光速开始进行讨论,光速是固定的,但宇宙的大小不是静态的。
早在1920年,科学家就发现了宇宙正在膨胀。他们观察到来自银河系到达地球的光正在发生红移,这意味着它们正以高速远离我们和彼此。
不过,后来的哈勃望远镜探测,结果有了更大的发现。探测结果表明,宇宙不仅在膨胀,而且正在加速膨胀。
更关键的是,它的膨胀速度比以前科学家认为的要快得多。既然说到膨胀,有个问题就是绕不开的,如果宇宙在膨胀,那么它的边缘在哪里?
我们从可观测的宇宙开始解释,所谓可观测宇宙是人类所看到的宇宙范围,所以有边缘。
宇宙已经存在了大约140亿年,而在此期间产生的光,穿越茫茫宇宙到达了地球的位置,但并不是可观测宇宙就是140亿年,因为宇宙在膨胀。
现在我们可以看到的最远的物体,也就是可见宇宙边缘,距离我们有470亿光年。因此,我们只是想要知道光要多久才能到达可观测宇宙边缘,那么答案是470亿光年,因为这是我们接收到的离我们最远的光。
但是,问题在于可观测的宇宙边缘并不是宇宙的边缘,整个宇宙有多大呢?我们不知道!因为我们需要等待更久的光到达地球。
当我们从地球上看向太空时,好像我们处于宇宙的中心,因为所有的光都从个个方向射向我们,但这只是一种错觉而已。就如同你站在一座山峰上向各个方向望去,你能感觉到你似乎处在天地的中间,天地正在包围着你。
所以宇宙究竟有没有边缘是个无解的问题,甚至根据多维宇宙的理论,宇宙边缘可能位于另一个维度。所以,真的宇宙可能没有边缘,也不需要有边缘。
而且,即使在有边缘的情况下,如果我们发射光束,从地球出发的光线何时会到达边缘?事实证明,永远不会。
那是因为根据目前的观察,宇宙膨胀的速度已经超过了光速。如果宇宙有边缘的话,那么宇宙的边缘也正在以比光更快的速度不断远离我们。
以光速向宇宙边缘前进,只会距离边缘越来越远。宇宙中的物质不能超过光速,但是宇宙本身似乎可以。
因此,要想到达宇宙的边缘,唯一的可行方法就是比光速更快,这自然是不可能的。
有人可能会问:不是说光速不可能被超越吗?宇宙膨胀速度怎么就超越光速了?看起来这里似乎存在问题,宇宙本身好像正在打破光速为宇宙极限速度这一法则。
其实并不是,《相对论》是说物体在空间中的移动速度不能超越光速,但是空间本身的膨胀并不会引起相对论效应。
举个例子,很多人都知道虫洞似乎可以瞬间到达数万光年以外。但是,其实虫洞旅行者的前进速度并不比光速快,只是压缩空间,从而缩短了空间两点之间的距离。
在目前的膨胀情况下,宇宙任何两点之间的空间总是在不断扩大的,而且换一个角度来看,这不仅意味着我们永远不会到达宇宙的边缘,而且来自宇宙边缘的光也永远不会到达地球。
140多亿年以前产生的光永远不会到达地球,我们永远也不可能看到他们,甚至我们能看到的星系会越来越少,最终处于一个孤立的,再也没有“亲戚”的宇宙。
而且,有可能那遥远的地方就存在着地外文明,但因为我们太远了,所以无法交流,甚至无法知道彼此的存在。
最后总结一下,如果只说可见的宇宙,那么光需要大约470亿年才能从地球到达宇宙边缘。如果说真正的完整的宇宙,那么我们可能永远无法到达。
宇宙的边缘很可能是一个永远无法解决的谜团,除非有一天我们能利用这个宇宙能够允许某种方式,绕过光速的限制……