科普:為什麼我們永遠無法到達宇宙的邊緣

2020-12-15 Mr老丁

開車從中國南方的三亞到東北的漠河,需要2天零18個小時,還要不眠不休。那是因為我們的速度太慢了,僅僅120千米/小時。如果能以光速運動,那麼我們只需要不到0.02秒的時間。

那如果光要從地球到達宇宙邊緣需要多長時間呢?那是一個你絕對想像不到的數字。

光速不僅僅是我們在宇宙中已知的最快的速度,它還是宇宙的極限速度。根據愛因斯坦方程,物質運動不能超過光速,光速精準設定為每秒299792458米,因此很多人對太空旅行已經開始絕望了。

即使以99%的光速行進,要到達銀河系最近的大星系仙女座,也需要整整256萬年。而量子物理學卻提供了一些可能的解決辦法,量子糾纏似乎繞開了光速,因為兩個粒子似乎可以遠距離即時通訊,但這一切只是一個猜測。

一些研究人員認為量子糾纏並沒有真正打破光速,因為通訊雖然是即時的,但沒有真實的信息在糾纏的粒子之間通過。

所以今天我們將從《相對論》中的光速開始進行討論,光速是固定的,但宇宙的大小不是靜態的。

早在1920年,科學家就發現了宇宙正在膨脹。他們觀察到來自銀河繫到達地球的光正在發生紅移,這意味著它們正以高速遠離我們和彼此。

不過,後來的哈勃望遠鏡探測,結果有了更大的發現。探測結果表明,宇宙不僅在膨脹,而且正在加速膨脹。

更關鍵的是,它的膨脹速度比以前科學家認為的要快得多。既然說到膨脹,有個問題就是繞不開的,如果宇宙在膨脹,那麼它的邊緣在哪裡?

我們從可觀測的宇宙開始解釋,所謂可觀測宇宙是人類所看到的宇宙範圍,所以有邊緣。

宇宙已經存在了大約140億年,而在此期間產生的光,穿越茫茫宇宙到達了地球的位置,但並不是可觀測宇宙就是140億年,因為宇宙在膨脹。

現在我們可以看到的最遠的物體,也就是可見宇宙邊緣,距離我們有470億光年。因此,我們只是想要知道光要多久才能到達可觀測宇宙邊緣,那麼答案是470億光年,因為這是我們接收到的離我們最遠的光。

但是,問題在於可觀測的宇宙邊緣並不是宇宙的邊緣,整個宇宙有多大呢?我們不知道!因為我們需要等待更久的光到達地球。

當我們從地球上看向太空時,好像我們處於宇宙的中心,因為所有的光都從個個方向射向我們,但這只是一種錯覺而已。就如同你站在一座山峰上向各個方向望去,你能感覺到你似乎處在天地的中間,天地正在包圍著你。

所以宇宙究竟有沒有邊緣是個無解的問題,甚至根據多維宇宙的理論,宇宙邊緣可能位於另一個維度。所以,真的宇宙可能沒有邊緣,也不需要有邊緣。

而且,即使在有邊緣的情況下,如果我們發射光束,從地球出發的光線何時會到達邊緣?事實證明,永遠不會。

那是因為根據目前的觀察,宇宙膨脹的速度已經超過了光速。如果宇宙有邊緣的話,那麼宇宙的邊緣也正在以比光更快的速度不斷遠離我們。

以光速向宇宙邊緣前進,只會距離邊緣越來越遠。宇宙中的物質不能超過光速,但是宇宙本身似乎可以。

因此,要想到達宇宙的邊緣,唯一的可行方法就是比光速更快,這自然是不可能的。

有人可能會問:不是說光速不可能被超越嗎?宇宙膨脹速度怎麼就超越光速了?看起來這裡似乎存在問題,宇宙本身好像正在打破光速為宇宙極限速度這一法則。

其實並不是,《相對論》是說物體在空間中的移動速度不能超越光速,但是空間本身的膨脹並不會引起相對論效應。

舉個例子,很多人都知道蟲洞似乎可以瞬間到達數萬光年以外。但是,其實蟲洞旅行者的前進速度並不比光速快,只是壓縮空間,從而縮短了空間兩點之間的距離。

在目前的膨脹情況下,宇宙任何兩點之間的空間總是在不斷擴大的,而且換一個角度來看,這不僅意味著我們永遠不會到達宇宙的邊緣,而且來自宇宙邊緣的光也永遠不會到達地球。

140多億年以前產生的光永遠不會到達地球,我們永遠也不可能看到他們,甚至我們能看到的星系會越來越少,最終處於一個孤立的,再也沒有「親戚」的宇宙。

而且,有可能那遙遠的地方就存在著地外文明,但因為我們太遠了,所以無法交流,甚至無法知道彼此的存在。

最後總結一下,如果只說可見的宇宙,那麼光需要大約470億年才能從地球到達宇宙邊緣。如果說真正的完整的宇宙,那麼我們可能永遠無法到達。

宇宙的邊緣很可能是一個永遠無法解決的謎團,除非有一天我們能利用這個宇宙能夠允許某種方式,繞過光速的限制……

相關焦點

  • 930億光年外是宇宙的邊緣嗎?如何能到達宇宙的邊緣?
    我們可能經常看到說宇宙的直徑是930億光年,然後可能會產生這樣的疑問:那930億光年外是什麼?是宇宙的邊緣嗎?其實答案很簡單:930億光年外還是我們的宇宙。但這樣回答有小朋友就不樂意了,既然還是我們的宇宙,那為什麼說宇宙是930億光年的呢?
  • 如果不考慮速度的限制,超光速飛行,是否能夠到達宇宙邊緣?
    而即使是光也無法到達宇宙的所有區域,因為宇宙從誕生開始就一直處於膨脹之中,而在宇宙的邊緣,膨脹的速度已經遠超光速。既然光速最快,為什麼宇宙膨脹的速度可以超越光速呢?光速最快指的是系統內部具有信息傳遞的運動速度,而宇宙膨脹是空間本身的膨脹,且沒有信息的傳遞,不受光速最快的制約。
  • 到達宇宙邊緣要多大速度,超光速是否可行,未來有這個可能嗎?
    但這些理論在實踐中都還處於科研甚至科幻階段,能不能成功尚無法預料。假定真有1秒鐘1光年的速度,能走到宇宙邊緣嗎?我們的宇宙到底有多大,還沒有一個答案。目前科學界更多的認識,是我們可觀測宇宙半徑有465億光年。但為什麼這叫可觀測宇宙呢?也就是理論上人類窮其所能只能觀測到465億光年範圍的宇宙,宇宙中有兩個不可觀測宇宙。
  • 宇宙飛船一直朝一個方向飛行,它會到達宇宙邊緣,還是回到原點?
    那麼,如果到了宇宙中,宇宙飛船從地球出發,一直朝某個方向不斷前進,最終會到達宇宙邊緣,還是會回到地球上呢?當宇宙飛船離開半徑1光年的太陽系之後,將會進入星際空間。如果宇宙飛船能夠從垂直於銀盤的北面飛行,就能更快飛出銀河系。因為銀河系是盤狀的,銀盤直徑可達10萬光年,而銀盤厚度只有大約2千光年,太陽系位於銀道以北100光年。
  • 飛船以每秒鐘一光年的速度穿梭,有希望到達宇宙邊緣嗎?
    以這樣的速度自然無法想去哪裡就可以去哪裡,而到了現在,交通工具的速度越來越快,飛機的出現讓我們可以快速自由走遍全世界。從此地球變成了地球村,成為了人類的後花園。在過去人們的認知裡,只要速度夠快,沒有我們無法到達的地方。可是當人類在科技的幫助下,走出地球看到浩瀚宇宙的時候,過去的狂妄再也沒有了,在宇宙面前,人類現在的這點速度根本不算什麼。
  • 宇宙到底有無邊界?可怕的是即使有邊界人類也永遠無法到達!
    星系本身運動不太劇烈,但它們似乎正在遠離我們,因為新的宇宙不斷注入,這就增加了與我們的距離,這就是新時空的創造。它被創造的速率決定了星系遠離我們的速度有多快。那麼宇宙會膨脹到什麼地步呢?當新的時空被創造出來的時候,宇宙邊緣又去哪裡了?答案取決於宇宙是否有邊界。
  • 宇宙有多大?為什麼科學家說人類可能永遠不會走出銀河系?
    隨著我們對宇宙的不斷了解,我們發現地球只是太陽系中的一粒沙子,而太陽系在銀河系中要小得多,但整個宇宙中像銀河系這樣的星系卻有幾十億個。儘管人類幾百年來從未停止過對宇宙的探索,但似乎無論付出作了多少努力,似乎都無法走出銀河系。
  • 人類現在的飛行速度到達宇宙邊緣需要多久呢
    其實光年是衡量宇宙中間體與天體之間的長度單位。一光年也就是光在真空中傳播一年的距離,那麼一光年到底有多長呢?我們知道宇宙浩瀚無垠,有著無數的恆星,這些恆星之間的距離非常遙遠,而我們地球上所用的距離單位無法衡量。因此就衍生出了「光年」來衡量這些天體的距離。目前光速是已知物質運動的極限速度,每秒以大約30萬千米的速度傳播。
  • 會到達宇宙邊緣嗎?
    會到達宇宙邊緣嗎?手電筒在現在已經非常的少見了,曾經是它是居家常備的必需物品,在小時候肯定很多人都有過這樣的經歷,在漆黑的夜晚走在鄉間的小道上打開手電筒,照向天空,我們就可以看到銅手電筒發出的一束光亮,一直到照上天空的深處,當我們關上手電筒的時候,這束光也就馬上消失了。
  • 當我們到達宇宙的盡頭時會是什麼樣?
    我們是如何將整個宇宙歷史整合在一起的,從宇宙大爆炸的起因到今天,這是一件令人驚嘆的事情。但是,這也引出了人類長期以來一直在思考的問題:我們最終的命運是什麼?當我們到達宇宙的盡頭時,會是什麼樣子?經過無數代的探索,我們比以往任何時候都更接近答案。
  • 宇宙的邊緣在哪裡?
    自那以後,我們的宇宙已成倍增長。大約三個世紀後,當天文學家製作了更先進的望遠鏡並發現銀河系只不過是「宇宙中眾多星系」中的一個時,宇宙的邊界再次向外延伸。很快,他們發現,宇宙也在膨脹,星系之間的距離越來越遠。
  • 科學家無法接受:人類永遠無法觸碰到宇宙邊界
    這也是推動現在載人航天技術發展的源動力之一,拋開在月球上採礦那些充滿利益的想法,單純地到月亮上看一看,是每個人心中的願望,科學家也為此自豪,科技進步實現人類願望,改變人類生活,反過來又促進人類往更深的宇宙探索。愛因斯坦預言成真?科學家無法接受:人類永遠無法觸碰到宇宙邊界。
  • 人類能夠探索的宇宙有限度嗎?科學家:未來我們會被宇宙孤立
    相信大家都會有這樣的疑問,當人類科技達到非常高的技術時,我們能夠到達宇宙的任何一個地方嗎? 在開始討論之前,先說結論,宇宙已經將我們限制在了一個特定範圍,不管我們怎麼努力,都無法突破這個限制。
  • 人類如果有能力到達宇宙邊緣,會看到什麼?科學家給出三種猜想
    為了形容宇宙的浩瀚,我們都喜歡說宇宙浩瀚,無邊無際,但是世界上所有的東西都是有邊界的,宇宙應該也不例外,那麼宇宙的邊際是什麼樣子的,要是人類能夠有能力到達宇宙的邊界,人能看到什麼呢?可見地球真的很小,地球上的人也很小,以至於我們對探索宇宙的奧秘真的沒有信心,我們在宇宙中只是滄海一粟,根本不值一提,但即便如此,人類也一直沒有放棄對宇宙的探索,我們一直在努力的觀察宇宙,目前為止我們能觀測到的宇宙有930億光年,但真正的宇宙肯定不止這些,宇宙有邊界嗎?如果有邊界是什麼樣子的,多重宇宙是否存在?
  • 飛行器到達可觀測宇宙邊緣的時間,與螞蟻爬到太陽相比哪個快?
    雖然太陽與地球的距離,以人類視角來看已經非常遙遠,連太陽光線都需要8分多種才能到達,但是與更為宏觀尺度上的可觀測宇宙相比,這點距離簡直微不足道,而飛行器的速度相較於螞蟻的速度也會有好多個數量級的差別,這似乎讓這兩種方式之間的比較具有一定的可類比性,下面不妨簡單分析一下。當然,這只是理論上的分析和探討,而實際上螞蟻怎麼樣也不可能爬到太陽,人類的飛行器也到達不了可觀測宇宙的邊界。
  • 我們獲得了宇宙大爆炸35萬年後的「宇宙全景圖」
    數十億光年以外的星系在宇宙大爆炸後不久就會出現,正是因為它們發出的光要花費很長很長的時間才能到達地球,所以我們看到的是它們「嬰兒時期」的樣子,我們能發現,有大量的恆星在它們內部生成。但實際上,重要的是,這些星系其實和我們一樣古老,由於宇宙膨脹,我們無法觀測到它們現在處於宇宙的何處,但可以肯定的是它們會在更為遙遠的區域。同樣重要的是,我們應該意識到,宇宙是沒有中心的,這句話也可以說成,任何地方都是宇宙的中心。
  • 930億光年外是宇宙的邊緣嗎?
    宇宙到底是有限還是無限的,這個謎團已經困擾人類幾百年甚至上千年,人類一直找不到確切的答案,歸根到底是因為人類實在太過於渺小了,按照人類目前的文明發展程度,要想探索宇宙的實際大小,就好比叫螞蟻去測量太平洋的大小,幾乎是不可能完成的任務。
  • 如何到達平行宇宙?
    不過,幸運的是,根據量子力學的平行宇宙理論,在你購買的彩票刮出那組數字之前,有一萬個世界是疊加的,在你刮出那組數字時,迅速變成一萬個平行宇宙,不管發生什麼,在這一萬個平行世界中總有一個世界是你中了大獎的,只是你沒有處在那個世界而已。所以,假設我們能通過某種技術,到達那個中了大獎的「平行世界」,與那個世界中的「你」交換位置,豈不美哉?
  • 光速是宇宙中的極限速度?這是事實,我們無法解釋為什麼
    光速是宇宙中的極限速度,而這個速度是指信息和能量的傳播速度。光速最快是人類通過實驗以及理論推導出來的,這就是一種事實,我們無法解釋為什麼。光子被發射出來,從我們的角度來看,它們可能存在幾十億年甚至萬億年,但是對於光子來說,從它們被發射到被什麼東西吸收之間沒有時間間隔。不用說,他們也不經歷「距離」。畢竟,速度乘以時間給了我們距離,在光子的情況下,沒有速度(它是瞬時的),它不經歷時間,所以距離不會進入它們的畫面中。從宇宙最遠的地方發出的光可以瞬間到達地球,但是我們的時間概念給了它一個持續時間間隔。
  • 【宇宙探秘】宇宙揭秘之平行宇宙,如果另一個宇宙撞向我們宇宙會...
    有些科學家給出了這樣的觀點,其他宇宙可能會用引力來拉拽我們的宇宙,該效應影響著我們宇宙中所有的星系和恆星,當我們的宇宙和其邊界之外所有其他宇宙互相作用時,這種效應就由此產生。