在人类的认知中,光速无疑是速度之巅,它一秒钟就能穿越299792.458千米的遥远距离,足以环绕地球赤道7.48圈。想象一下,如果整个宇宙是一个宏大的舞台,光速便是那舞台上最为迅疾的舞者。然而,天文学家却揭示了一个令人惊愕的事实:即便我们能驾驭光速,宇宙的边界对我们来说也永远遥不可及。
让我们先从太阳系谈起。太阳与地球之间的距离,光需要8分钟才能跨越。而太阳系的边界远在奥尔特云,那里距离地球约有一光年的路程。旅行者一号探测器自1977年发射以来,历经四十余载,仅飞行了230亿公里,要想真正逃离太阳系,还需上万年的漫长旅程。即便乘坐光速飞船,也需整整一年方能飞出太阳系,宇宙的广袤可见一斑。
将视野拓宽至恒星,我们邻近的比邻星系统距地球约4.22光年。即便是光速飞行,也需四年时间方能抵达。这已是最近的恒星系统,若想飞出银河系,至少需要三千年;而前往最近的仙女座星系,更是漫长的254万年之旅。宇宙的尺度之大,令人叹为观止。
更为棘手的是,宇宙正持续膨胀。1929年,天文学家哈勃发现,宇宙中的星系都在相互远离,且距离我们越远的星系,其退行速度越快。这仿佛宇宙是一个不断被吹大的气球,上面的斑点(星系)都在彼此疏远。根据欧航局普朗克卫星于2013年测得的哈勃常数,宇宙的膨胀速率约为每百万秒差距每秒67千米。这意味着,在每326万光年的距离上,宇宙的膨胀速度就会增加67千米。因此,在距离地球145亿光年之外的区域,宇宙的膨胀速度已超越光速;而在930亿光年之外的空间,膨胀速度更是光速的数倍。
我们所能观测到的宇宙直径已达930亿光年,这已超乎人类的想象极限。然而,即便以光速朝宇宙边缘飞行930亿年,也无法抵达可观测宇宙的边缘。因为宇宙在不断膨胀,那些距离我们超过930亿光年的星系所发出的光,永远无法抵达地球。我们在以光速飞行的同时,宇宙边缘因膨胀而跑得更快,我们永远无法追上它。
从物理学的角度来看,爱因斯坦的相对论指出,任何具有质量的物体都无法达到或超越光速。这是因为物体的速度越快,其质量就越大。若真能达到光速,物体的质量将变得无穷大,所需的能量也将无穷大,这显然是不可能的。宇宙膨胀速度能超越光速,是因为这不是物体的运动,而是空间本身的扩张,就像一块被拉伸的橡皮泥,表面的两个点会越拉越远,但点本身并未移动。
如此看来,光速在宇宙面前似乎也变得缓慢起来,宛如一只缓缓爬行的蜗牛。那么,人类是否就永远被困在这宇宙之中,无法探索到其边缘呢?或许并非如此。科学家们正在研究曲速航行技术,试图通过弯曲时空来实现超远距离的旅行。就像将一张纸对折,原本位于纸两端的点便能彼此靠近。也许在未来的某一天,人类能找到突破光速限制的方法,真正探索到宇宙的边界。但就目前而言,即便以光速飞行,我们也无法抵达宇宙的边缘。这便是宇宙的神奇与残酷之处,它如同一个充满无尽谜题的巨大宝藏,等待着我们去一步步揭开其神秘面纱。