到达宇宙边缘要多大速度,超光速是否可行,未来有这个可能吗?

本文基于回答这样一个问题:假如现在发明出速度达到一秒一光年的飞行器,能发现宇宙的边缘吗?

  • 这种光速问题很多,我也回答过许多次了。目前的理论限制了这个世界不可能存在达到光速的飞船,更不可能超过光速,所以回答此类问题多属扯淡。我们科普作者的责任就是尽可能把这种扯淡题弄得靠谱些,有一点点科学依据。

  • 真有超光速飞船,我们认知的世界就不复存在。

所以,世界都不存在了,还有必要去发现宇宙的边缘吗?有静质量的物体不得超过光速,是狭义相对论在100年前就提出的论断,这个论断经历了100多年检验,得到无数证据证明其颠扑不破,没有一例反证可以推翻它。

爱因斯坦关于光速极限的推导主要是根据质增效应,就是任何有静质量的物体,随着速度的增加,其动质量会越来越大,趋近光速,就会趋于无限大。而宇宙总质能也不是无限的,如果一个粒子的动质量都趋于无限大,岂不是悖论?而有限的宇宙能够容纳一个具有无限动质量的粒子吗?这样宇宙就会崩溃,就不可能存在,既然如此,还有宇宙边缘吗?

表达质速关系的公式为:M=m/√[1-(v/c)^2],这里M为动质量,m为静止质量,v为运动速度,c为光速。关于这个公式我过去多次详细讲过,这里就不多作解释了。科学界检验了100多年,迄今为止,所有物体运动质增效应都严格符合这个质速关系公式。

  • 虽然物体运动达不到光速,但理论上可通过时空改变比光速更快到达目的地。

这怎么理解呢?打个比方就知道了。在我们旅途有一座大山,如果我们顺着山边弯到山的那边,可能1天时间都无法到达。但如果我们在山中间打个洞,直接穿过去,到达那边可能就只要1分钟,这样就比传统的弯过去快了千倍万倍,但我们的速度并不需要加快,只是抄了近道。

还有一种方式可以超速到达。比如有一张足球场大的纸,上面有一只蚂蚁,这只蚂蚁要从这张大纸的一边爬到另一边,可能要走若干小时或者几天。但如果把这张大纸折叠起来,这只蚂蚁就可以从大纸这边边缘,一步跨越到另一边边缘。这样这只蚂蚁同样没有加快速度,却比通常爬越一张纸的速度快了N倍。

这两种方式宇宙航行,分别叫做虫洞穿越和时空折叠。理论上都是在极大引力场作用下,时空发生扭曲,形成虫洞或时空皱褶,穿越虫洞或跨越时空皱褶,就能比光速快N倍到达目的地。这两种方式看起来超越光速很多倍,但实际上飞船并没有加快,更不必达到光速。

因此,这两种“超光速”方式理论上是可行的,不违背相对论光速限制原则,也不会出现光速悖论,虫洞的存在还是爱因斯坦相对论的预言。但这些理论在实践中都还处于科研甚至科幻阶段,能不能成功尚无法预料。

  • 假定真有1秒钟1光年的速度,能走到宇宙边缘吗?

我们的宇宙到底有多大,还没有一个答案。目前科学界更多的认识,是我们可观测宇宙半径有465亿光年。但为什么这叫可观测宇宙呢?也就是理论上人类穷其所能只能观测到465亿光年范围的宇宙,宇宙中有两个不可观测宇宙。

一个是宇宙大爆炸刚开始38万年这段时间,宇宙暴涨和膨胀到底有多大,人类无法知道,因为那时光子也没有脱耦而出,宇宙处于极暗时期,依靠光来观测宇宙的人类无法了解到那段时间的宇宙,也就是过去视界;还有就是宇宙现在高速膨胀,而且越来越快,遥远可观测宇宙边缘以外的星系之光永远也到达不了我们的视野,因此有一个未来视界。

那么如果按照虫洞穿越或者时空折叠的方式旅行,1秒钟达到1光年速度,走到可观测宇宙边缘需要多久呢?1光年也就是光走1年的尺度,为9.46万亿千米。可观测宇宙半径为465亿光年,每秒钟走1光年就需要走465亿秒。光年尺度按儒略年计算,每年为365.25天,也就是31557600秒,465亿秒就约为1473年。也就是说,如果以每秒1光年的速度,跑到可观测宇宙边缘,需要1473年。

但这只是到达可观测宇宙边缘的时间,而可观测宇宙之外依然还是另一个可观测宇宙,外面还有多大宇宙,现在科学也无法回答,因此,真正的宇宙边际在哪里还没有人知道。

  • 实际上,人类不但无法到达宇宙边缘,而且永远也看不到宇宙边缘。

因为我们宇宙是由一个奇点爆发而来,实际上我们宇宙依然在这个不断膨胀的奇点里。在这个奇点的边际是一个无限曲率,也就是无限的引力,把宇宙的一切都锁定在里面,光只能在宇宙的曲率中弯曲行进。而我们人类是依靠光来观测世界认识世界的,我们看到的世界任何物质,都是光源或反射光被我们视网膜所捕捉,我们才能够看到一切。

由于越到宇宙边际重力越大,光线扭曲得就越厉害,在宇宙最边缘的地方,无限曲率使光只能在宇宙内部循环,这样我们就永远也无法看到所谓的宇宙边缘,当然我们的航行更是无法到达宇宙边缘。就像在地球上,我们一直顺着直线走,但怎么走也走不出地球,理论上最终只能走回原点。

宇宙也是这样。如果我们直线地看向远方,假定宇宙边际最远处的光线传到了我们的视网膜,我们能够看到什么呢?结果可能让你惊诧,就是自己的背影!如果真的能够看到自己的背影,说明我们认为是直线的光线,实际上在宇宙重力场下,围绕着宇宙转了一圈回到了我们的视网膜,这样我们或许就能够计算出宇宙的周长有多大。

这就是爱因斯坦关于宇宙是有界无边说法的由来,因此宇宙只能是一个封闭的宇宙。当然,人类到达宇宙边际的奢望或者说臆想是永远无法实现的,因为人类对于宇宙来说,太渺小了,渺小的完全可以忽略不计。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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