乘坐1秒鐘飛1光年的曲速飛船,多久能飛到宇宙的邊界?

宇宙很大,人類在宇宙中的活動范圍卻很小,迄今為止,人類最多也就是在月球上溜達了一圈,而在人類發射眾多的無人探測器之中,飛得最遠的「旅行者1號」也只飛出了大約230億公里,以它當前的速度,就算不考慮太陽引力的減速作用,也需要大約1.9萬年才能飛出被認為是太陽系真正邊界的「奧特星云」。

盡管如此,我們還是樂觀地認為,隨著科技的持續進步,終有一天人類可以乘坐超光速飛船在星辰大海中暢游。在過去的日子里,人們提出了多種有關超光速飛行的設想,其中最有名的應該就是「曲速飛船」了。

根據設想,曲速飛船能夠通過改變周圍空間的幾何結構來獲得超光速飛行的能力,這種飛船最初出現在一些科幻作品中,在1994年的時候,墨西哥物理學家阿庫別瑞(Miguel Alcubierre)為其提供了理論基礎。

阿庫別瑞根據廣義相對論提出了一種被稱為「阿庫別瑞度規」的時空數學模型,該模型允許飛船被包裹在一個擁有平直空間的「曲速泡」中,然后用一種波動方式來使「曲速泡」前方的空間發生「收縮」,后方的空間發生「擴張」,從而讓空間帶著「曲速泡」前進。

阿庫別瑞認為,在「曲速泡」前進的過程中,包裹在其中的飛船也會與之同步前進,由于飛船相對于「曲速泡」內的空間始終處于靜止狀態,所以就不會受到狹義相對論的限制,在這種情況下,飛船就可以突破光速。

從理論上來講,只要空間扭曲的程度足夠高,曲速飛船的速度是可以遠遠地超過光速的,所以就有人提出了一個腦洞大開的問題:乘坐1秒鐘飛1光年的曲速飛船,多久能飛到宇宙的邊界呢?

1秒鐘飛1光年,這大概是真空光速的3156萬倍,假如乘坐這樣的曲速飛船,我們只需要1秒的時間就可以飛出太陽系(以「奧特星云」為界),4.22秒就可以飛到比鄰星,即使是仙女座星系,也只需要大約29天就能夠抵達。

然而對于半徑高達465億光年的可觀測宇宙來講,1秒鐘飛1光年還是顯得很慢,簡單計算一下就可以得出,曲速飛船以這樣的速度飛行,需要465億秒,也就是大約1473.5年(儒略年)的時間才能飛到可觀測宇宙的邊界,很明顯,這是人類無法接受的。

重要的是,可觀測宇宙只是宇宙的一部分,在這個范圍之外,還有更加寬闊的宇宙空間,那宇宙真正的邊界在哪里呢?對于這個問題,科學界其實并沒有確定的答案,只能通過已知的宇宙來進行推測。

觀測數據表明,不管我們向宇宙中的哪個方向看去,得到的觀測結果都是非常接近的,科學家據此假設,在經過[大尺度]的平均后,整個宇宙應該是處處等效的,在此基礎上,宇宙就應該具備一個整體上的曲率,在更高的維度中,宇宙的形狀就只有以下三種可能。

(注:因為我們無法用更高的維度來描述宇宙的形狀,所以上圖其實是降了一個維度,也就是把三維的宇宙空間降成了二維的)

可以看到,在宇宙整體上的曲率為「負」或者「零」的情況下,宇宙都是一個開放的形狀,這也就意味著宇宙是無限的,根本就沒有邊界。

另一方面來講,當曲率為「正」時,宇宙的形狀則是封閉的,在這種情況下,宇宙就是有限的,然而對于生活在三維空間的人類而言,這樣的宇宙還是找不到邊界。

想象一個場景,假如有一個二維生物位于一個球體表面,那麼它無論在球體表面上怎麼運動,都無法找到這個二維球面的邊界。

同樣的道理,如果宇宙真的是封閉的,那麼我們人類就相當于生活在一個三維的球面之中,在這樣的宇宙中,無論我們怎麼運動,都無法找到宇宙的邊界,最多也只能是不斷地重復從宇宙的一頭來到另一頭。

是的,我們所在的宇宙就是這樣令人難以理解,就算是乘坐1秒鐘飛1光年的曲速飛船,也無法飛到宇宙的邊界(無論宇宙的形狀是什麼樣子),或許只有在人類領悟了更高維度的奧秘之后,才有可能確定宇宙到底有沒有邊界。

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