好奇:以光速從地球到達宇宙邊緣需要多久

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。

好奇:以光速從地球到達宇宙邊緣需要多久

那如果光要從地球到達宇宙邊緣需要多長時間呢?那是一個你絕對想象不到的數字。

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。

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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系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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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……


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