为什么天文学家们认为,我们就算以光速飞行,也抵达不了宇宙的边缘呢?
如今随着人类对宇宙的不断探索和认知,逐渐意识到宇宙的尺度是何等的浩瀚,即便是我们的太阳系也难以想象的广阔,以1977年发射的旅行者一号为例,如今它已经在太空中飞行了40多年,距离地球达到了230亿公里。虽然这个距离看似遥远,但它想要真正飞出太阳系仍然需要上万年的时间。
假设我们能够驾驶一艘光速飞船,也就是以每秒30万公里的速度航行,那么飞出太阳系依然需要整整一年的时间。因为根据目前的观测认为,太阳系的边缘是位于奥尔特云范围,而奥尔特云距离地球达到了1光年左右,这意味着只有飞出奥尔特云范围才是离开了太阳系。
再比如,距离我们最近的恒星系统是比邻星,它距离地球大约4.22光年。那么假如我们以光速飞行,也需要4年才能到达。这个距离已经是我们所能接触到的最近恒星系统。然而,如果我们试图飞出银河系,至少需要3000年时间,而飞到离我们最近的银河系——仙女座星系,则需要足足254万年
令人无法想象的是人类可观测宇宙直径达到了930亿光年,也就是说以光速飞行也需要930亿年的时间,不过现实是即便你以光速飞行930亿年也不能到达可观测宇宙边缘,因为宇宙不仅仅广阔,而且还在不断膨胀。
在1929年,哈勃通过观测遥远星系的红移现象,得知宇宙中的星系正在远离我们。并且距离我们越远的星系,其远离的速度就越快,这表明宇宙一直在膨胀。而且这一膨胀速度在一定距离之外甚至超过了光速,因为宇宙膨胀是空间的扩展,这并不违反爱因斯坦的相对论。
根据2013年欧航局普朗克卫星测出的哈勃常数显示,宇宙的膨胀速率大约为67千米每秒每百万秒差距,也就是每326万光年的距离上,宇宙膨胀速度将会增加67千米,通过计算可以得知,在距离地球145亿光年外的宇宙区域,宇宙膨胀速度已经超过了光速。而在930亿光年处的空间,膨胀速度甚至是光速的数倍。
此时任何距离我们超过930亿光年的星系,发出的光永远无法到达地球,这意味着即使我们以光速飞行,不断的向宇宙边缘飞行,但最终也会因为超光速的膨胀,使得它们永远无法被我们看到或到达。
因此光速虽然已经是宇宙中最快的已知速度,但面对不断加速膨胀的宇宙,光速仍然显得无力。宇宙本身的动态变化、时空膨胀、以及暗能量的推动,导致我们永远无法抵达宇宙的边缘。
除非我们能够以超越宇宙膨胀速度的超光速飞行,才能抵达宇宙的边缘,但是爱因斯坦的相对论告诉我们,任何有静止质量物体都无法超越光速,因为物体的质量会随着速度的增大而增大,当物体的速度达到光速时,它的动质量将趋于无限大,这意味着我们将需要一个无限大的能量去推动他,显然无限大是不存在的,所以有静止质量的物体是不可能达到光速的。
不过我们或许可以通过其他办法实现,比如虫洞或者曲速飞行,因为这两者是涉及到时空,根据爱因斯坦的相对论认为,时空不是两个独立的存在,它们是一体的,并且可以被弯曲,而虫洞和曲速便是通过强引力场改变时空结构,前者是将时空进行折叠将空间的距离进行缩短,后者是压缩前方空间膨胀后方空间实现距离的缩短,它们本身只是改变时空结构,并没有超越光速,因此不违反相对论。
但以上目前还只是理论设想,对于现在的我们而言,还无法理解如何去改变时空结构,不过随着人类的不断发展,或许在未来的几百万年后或者上亿年后,能够解决这一终极难题,