一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系

严格地的来说的话 , 宇宙是没有具体边界可言的 。 不过只要界定范围 , 那么宇宙的大小就算已经超乎了人类的常规计算单位 , 也可以有一个意义上的边界 。 在这里 , 我们将它限定为人类可观测的宇宙空间 。
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
宇宙到底有多大?可观测地宇宙是什么样子的?如果不考虑其他任何影响因素 , 乘坐一秒一光年的宇宙飞船在太空中穿行 , 那么大概多久可以到达宇宙边缘?
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
宇宙空间
“旅行者号”是如今飞离人类最远的人造探测器 , 其相对速度是每秒17公里 , 而自它离开地球之后 , 到现在已经过去了四十多年了 , 但依旧还没有飞出太阳系 。
我们对太阳系的大小定义是什么呢?
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
一般而言 , 太阳系最外部的行星所在的位置基本就可以当作太阳系的边缘所在 , 但后来科学家发现了更远地柯伊伯带 , 那里还存在着更多的小天体 , 且同样以太阳为中心 。
于是 , 太阳系的的边缘被拉到了更加广阔而不那么具象的奥尔特云处 , 直径为2光年的球形屏障 。 如果一旅行者号的正常飞行速度前进 , 那么要离开太阳系 , 就得用上3万年 。
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
但是宇宙空间是很大的 , 几乎没有边界 。 太阳系之外还有银河系、超星系团和巨引源等 , 目前最大的空间就是人类在宇宙中可观测的空间 , 也就是465亿光年之外 。 然而这还并不是宇宙的最大空间边缘地带 , 只是人类目前已经观测不到更远的地方了 。
那么如果要到达这些地方 , 人了需要多久呢?按照人类能够达到的常规速度来算的话 , 那大概就是没有尽头的一段时间吧!
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
速度
对人类而言 , 宇宙中最大的速度是光速 , 其每秒钟就已经超过了30万公里 。 我们一般将在这个速度看作是一切物体运动的上限 , 因为超光速活动的量子纠缠反应或者宇宙膨胀都是没有办法传递信息的 , 这当中自然也就包括物质 。
在宇宙中 , 只有光子能达到光速运动 , 因为其静止质量无限趋近于零 , 只用小到也无限趋近于零的力就能实现它的光速前进 。
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
这个理解来自爱因斯坦的狭义相对论 , 物质运动质量和速度变化成正比增长的关系 。 物质运动速度越快 , 质量也就越大 , 且超过一定的界限 , 质量会成集合倍速增长 。
当速度达到光速的时候 , 物质本身的质量将会是无限大 。 但这个时候需要推动其活动的无限大的力已经不能满足了 , 所以宇宙中不存在出光子以外的其它物质以光速前进 。
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
而在理论上 , 想要达到光速或者超过光速运动的物体 , 最后只有一个结果 , 那就被“解体” 。 因为物体在其本身的运动方向上的长度会随运动速度的增加而缩短{计算公式:L=Lo*√(1-v^2/c^2)} , 不用等物质的速度达到光速 , 它可能就已经被完全解体了 。 当然 , 宇宙的膨胀速度除外 , 它是星际之间的超光速远离 。
那么如果可以制造每秒1光年的宇宙飞船 , 驾驶着它在太空中穿梭 , 理论上大概多久能飞到宇宙边缘?
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
飞越宇宙空间
目前人类最快的探测器在太空飞行的速度大约是200公里每一秒 , 一光年的距离也要飞行1500年左右才能到达 。 那么当我们的飞船可以达到光速 , 也就是39万公里每秒的时候 , 要飞多久才能穿越宇宙?
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
不考虑其它任何因素 , 一秒钟后 , 我们就已经在太阳系边缘地带 , 正和奥尔特云面面相觑 。 到达距离地球最近、科幻片中出镜率最高的比邻星——半人马座 , 只需要4.22秒钟 , 也就够我们两三次呼吸的时间 。
一秒一光年的宇宙飞船:一秒飞出太阳系,三十三小时穿越银河系
文章图片
然后我们会在一个小时之内经过天狼星、螺旋星云和猎户星座等 。 再过一个小时 , 就会遇见“创生之柱” , 这个第一眼看上去就像是共工在不周山打断的天柱 。