宇宙的邊緣在何處?在光速下,我們能到達宇宙的邊緣嗎?

2020-12-03 天文在線

百家號獨家內容。

當人類用肉眼凝視宇宙最遠處時,只能看到我們銀河系中的一小部分,即銀河系。雖然這些恆星對我們來說遙不可及,但近幾十年來,人類對宇宙知識一直都在驚人的進步。

過去有那麼多關於太空的問題都屬於科幻小說或純粹的推測,但是新技術和星際野心幫我們將這些問題帶到了一個更現實的框架中。

什麼是暗能量?時間旅行可能嗎?我們在宇宙中的位置是什麼?好奇、有求知慾的人會很自然的提出這樣的問題,但是隨著我們的目光越來越深入到宇宙的黑暗中,有一個問題出現了……我們能到達宇宙的邊緣嗎?

發現太空的大小

當人們想要近距離觀察太空時,發明瞭望遠鏡,從那時起,我們對太空的迷戀從沒有減緩。當更大的望遠鏡最終被發明後,我們可以觀察到距離我們遠達數千光年的其他星系。這還不夠,所以如哈勃望遠鏡和JWST這類大規模太空望遠鏡(美國宇航局最新,最令人印象深刻的太空望遠鏡)已經誕生。

這些太空望遠鏡以及未來幾年會發明的太空望遠鏡,能夠幫助我們觀測到宇宙中心,即距離數十億光年外的區域。由於這些了不起的工程奇蹟和天文洞察力,使我們可以有一個更完整可見的宇宙圖像。

現在,可見宇宙由從單個點(地球)可以看到的物質,星系和現象組成,它是來自這些化合物,事件和距離的光和其他信號有足夠的時間到達我們自宇宙開始膨脹以來的結果。我們已經能夠探測距離我們大約140億光年外的光線,這就是為什麼我們能知道大爆炸發生在大約多久以前。

然而,這並不是全部。我們的宇宙正在膨脹,所以當140億光年外的光剛到達我們這時,同一個起源點一直在過去140億年裡遠離地球地膨脹,這使得它總共有425億光年遠。我們看不到那麼遠,但是我們可以檢測到留下的痕跡從而得出結論,這使得光變得「可觀測」。

換句話說,我們可觀測到的宇宙直徑約為930億光年,但即使你以光速飛行了930億英裡,你是否真的能到達那裡嗎?

宇宙神秘的「邊緣」

每當科學家和太空學家開始討論光速時,就會發生一些非常奇怪的現象。人們的共識消失了,似乎都對-- 宇宙速度限制這個聖杯的性質、局限性和特殊品質有了自己的看法。

大多數科學家都一致認為,沒有什麼東西能比光速更快地移動;即使是光和其他無質量粒子和引力波也只能在真空中以光速移動。有這種宇宙常數,使我們能夠學習宇宙中無數關於宇宙的事情,這也是「光年」這個術語的基礎,這是光在一個Julian年中通過真空的距離。 「光速」約為每秒300,000,000米(大約每秒186,000英裡)。

去宇宙邊緣旅行會是一個棘手的問題,因為宇宙不僅在膨脹,而且在加速膨脹。 我們之所以知道這一點,因為可觀測宇宙遠處的星系似乎比靠近我們的星系移動得更快。真正令人困惑的是,它們似乎比光速更快,這似乎打破了現實的黃金法則 - 沒有什麼比光更快地移動!

然而,我們生活在一個充滿黑暗能量的宇宙中,雖然黑暗能量的構成、起源和最終目的尚不清楚,但我們知道,它導致這種看似不可能的加速度驅使星系超越物理界限。簡單來說,星系之間的空間也在膨脹,每一秒都會把宇宙的邊緣帶得離我們越來越遠。

因此,即使夢想到達宇宙的邊緣,宇宙飛船也必須儘可能以大約99.999999%的速度接近光速。不幸的是,由於宇宙膨脹在理論上比光速膨脹得更快(由於物質之間的空間膨脹),理論上不可能到達宇宙的「邊緣」,因為它總是比我們向它移動得更快!

你有可能在這次旅行中倖存下來嗎?

現在,如果你一直在做數學計算,你會發現即使接近光速,到宇宙邊緣也需要數十億年!在人類有生命期限,我們不可能在旅途中倖存下來,對嗎?

由於重力、速度和時間的特殊交織性,接近光速的旅行實際上會使時間以較慢的速度從旅行者的角度通過。需要深入研究愛因斯坦的相對論才能了解具體細節,但要試著理解,在如此高的、接近宇宙中任何東西的最大速度下,你到宇宙盡頭的旅程似乎只不過是一個世紀左右的時間而已,即使對地球人來說已經過了數百億年。

我理解這讓人難以置信。這個悖論在一個世紀的大部分時間裡一直困擾科學家們,但這就是事實! 身體和心靈對時間的感知可能完全不同於其他人純粹基於你的慣性參考點所看到和體驗到的。

光速技術是目前最主要的障礙。人類發射到宇宙中最快的飛船(旅行者1號)以每秒11英裡的速度飛行,於1977年已經發射升空,這艘飛船甚至花了近40年才離開我們的太陽系。它將在大約40萬年後遇到下一顆恆星。

根據這些信息,如果你一直在關注這些原始計算和真正讓思維擴展的距離,就看到到達宇宙邊緣的主要障礙。其中一些目前看來是不可能克服的(例如,宇宙的不斷膨脹和加速),但誰知道科學和技術的發展能引領我們去哪裡。

現在有一些好消息……如果我們在科幻小說中相信點什麼,那麼在接下來的幾個世紀裡,更快於光速的旅行、蟲洞和電子傳輸可能都會實現! 藉助這些瘋狂的想法和無盡的可能性,我們可能有機會窺視宇宙的邊緣,但在那之前,它將一直在人類可以觸及的範圍之外!

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.sciabc

Brief Answers to Cosmic Questions – Harvard Smithsonian Center For Astrophysics

Space.com

Stack Exchange

Futurism

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