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光 , 是宇宙的极限速度 。 299792458m/s , 你可能对这一连串的数字没什么概念 , 但我们会稍作对比就明白了 。 人类最快的跑步速度是运动员博尔特创下的 , 他在2009年8月16日田径世界锦标赛100米决赛中跑出了9秒58的成绩 , 他的速度是10米/秒 , 这是目前人类运动速度的极限 。
【银河系|宇宙是“囚禁”人类的容器?光速并非极限,但人类无法走出银河系?】但在一些自然界的动物面前这个速度不值一提 。 目前世界上速度最快的动物叫游隼 , 它飞起来能达到390公里/小时 , 换算一下一秒钟可以飞行108米 , 这速度已经超过了我国的高铁复兴号 。 当然 , 比游隼快的人造物也有 , X-43a是NASA研制的无人超音速飞机 , 它的极限速度是11785公里/小时 , 也就是3273米/秒 , 完全超过了音速 , 甚至比音速高将近10倍 。
目前 , 飞得最快的人造物是有史以来最接近太阳的帕克探测器 。 因为太阳的巨大引力 , 它的最高速度将达到200千米/秒 。 按照这个速度从北京到上海只需要5秒钟 , 这些极限速度在我们看来已经很不可思议了 , 但光速才是目前所发现的自然界物体运动的最大速度 , 大约30万公里/秒 , 是最快的人造物帕克探测器的2752倍 。
以光的速度一秒钟可以绕地球7圈 , 但放到宇宙的尺度来看光速还够看吗?月球距离地球大概有284000公里 , 而无线电信号也是以光速传播过去的 , 也就是说之前在月球上收集月壤的嫦娥五号 , 也要在地球发出指令的1.3秒后才能收到信号 , 而它也要花1.3秒的时间将月球上的数据传输回去 , 一来一回就花掉了2.6秒的时间 。
几秒钟的时间还可以忽略不计 , 我们再来看看其他探测器的情况 。 已经完成任务的卡西尼号在探索土星时 , 飞到距离地球最远的地方 , 需要花3个多小时才能传回数据 。 而现在距离地球最远的探测器旅行者1号 , 已经飞到了225亿公里外 , 它的信号需要在太空中穿行20个小时才能被地球接收到 。
我们再跳出太阳系看看更大范围的银河系 。 银河系银盘的直径大概是10万光年 , 也就是说光要穿越整个银河系就需要10万年的时间 。 而以目前我们人类能观测到的可见宇宙来看 , 银河系就像一粒沙子淹没在广袤的沙漠中一样 , 完全可以忽略不计 。
可观测宇宙的直径大概是930亿光年 , 我们需要花930亿年才能穿越完整个可观测宇宙 。 按照光速 , 我们甚至飞不出太阳系 , 更别提更广阔的可观测宇宙了 。 那么人类有一天能突破光速的限制吗?在爱因斯坦的相对论中光速是宇宙的极限速度 , 在我们现代人眼中光速不变也是亘古规律 。 欧洲核子研究中心也做过实验 , 他们将粒子加速到了光速的99.9999% , 再往上就做不到了 , 这证实了对于物质体来说光速确实是极限 。
但宇宙中确实存在一些超光速现象 , 比如说宇宙的膨胀 。 1926年 , 天文学家哈勃发现了几乎所有的星系都在发生红移 , 也就是说它们正在远离我们 , 而且离我们越远的星系逃离的速度就越快 , 这证实了宇宙正在膨胀的事实 , 而且这个膨胀的速度是超越光速的 。 这是怎么得来的结论呢?回头看整个可观测宇宙的范围是930亿光年 , 而我们都知道宇宙大爆炸开始于138亿年前 , 假设宇宙中的第一束光随着宇宙大爆炸而产生 , 而且它在后面的传播过程中没有受到太大的影响 , 那么传播到现在应该是走过138亿光年的路程 。
按照这种情形 , 我们现在的可观测宇宙的直径应该是276亿光年 , 但我们现在能够观测到的宇宙直径是930亿光年 , 远远超过光走过的路程 。 由此可见 , 宇宙的膨胀速度远超光速 , 也就是说 , 宇宙空间不受规则的限制 , 它是可以实现超光速的 。 所以是不是可以打造出一艘超级飞船 , 扭曲周围的宇宙空间让飞船前面的空间被压缩 , 后面的空间被拉长 , 让空间膨胀进而实现超光速飞行呢?
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