除了光速外宇宙还存在一个速度限制这或许才是人类真正的障碍

我要新鲜事2023-12-24 20:43:050阅

在漫长的人类历史中，星际航行一直是人们梦寐以求的科学幻想。随着科技的飞速发展，我们正迎来一个全新的时代——星际时代。星际航行的目标是将人类的足迹延伸到宇宙更远的地方，这既是一项技术挑战，更是对人类智慧和勇气的考验。星际航行面临的最大挑战之一并非技术或科学问题，而是宇宙本身存在的速度限制。

在探讨星际航行的挑战时，我们首先要面对的问题是宇宙中的巨大距离。太阳系只是宇宙中的一个微小角落，最近的恒星比邻星也有着惊人的4.22光年之遥。目前人类最快的飞行器——帕克太阳探测器，速度仅为586,800千米/时，而光速却是约为300,000千米/秒，两者之间存在几千倍的差距。更令人担忧的是，爱因斯坦早已告诉我们，超越光速是不可能的，即便是接近光速也是极为困难的。究竟是什么在限制着人类的速度？

首先，我们可以考虑太空飞行器飞离太阳系的问题。虽然媒体曾报道旅行者1号和旅行者2号飞离了太阳系，但这一说法很快被NASA和科学家们否定。实际上，它们距离地球的距离虽然已达数百亿公里，但仍然未离开太阳系。要真正飞离太阳系，至少需要数万年的时间。这提示我们，公里（千米）在宇宙中已经失去了意义，唯有光年才能更为准确地表示星际距离。而采用光年作为单位的原因，则是光速的存在限制了我们观测和测量的方式。

在讨论速度限制时，光速是自然界中的绝对极限。根据相对论，光速在真空中是一个不变的常数，无论观察者是静止的还是以任何速度运动。这意味着当物体接近光速时，时间会变慢，长度会收缩，质量会增加。当物体以光速运动时，时间似乎停止，长度完全收缩，质量变得无穷大。这是不可行的，违反了物理学的基本原理。

除了光速的限制，还有一个更为深刻的速度极限，即GZK（Greisen、Zatsepin和Kuzmin）极限。该极限理论上描述了来自遥远宇宙的宇宙射线所能具备的最大能量限制。根据GZK效应，当高能宇宙射线的能量超过一个特定的阈值时，它们与宇宙微波背景辐射的相互作用会变得极为频繁，导致它们的能量急剧减小。这个阈值被称为GZK极限能量，约为5 x 10^19电子伏特（eV）。这意味着无论宇宙中有多强大的能量源，它们所释放的宇宙射线的能量都不可能超过GZK极限能量。超过这个极限后，宇宙射线与宇宙微波背景辐射的相互作用将导致它们无法保持足够的能量在宇宙中传播到地球。

最后，我们还要面对宇宙本身的无穷无尽。宇宙在约138亿年前诞生，但我们可观测的宇宙半径却只有465亿光年。这是因为宇宙的膨胀速度不是固定的，而是随着时间的推移而改变。远离我们的天体将永远无法被观测，因为它们与我们的距离将越来越远，光线受到的宇宙膨胀影响也将变得更为显著。我们无法直接观测到宇宙诞生的瞬间，因为宇宙在诞生时处于非常高密度和高温的状态，光无法在其中传播。我们所观测到的宇宙微波背景辐射只是宇宙诞生后约38万年的一个时刻。