如果光速是宇宙極限,是否代表人類將永遠被困在銀河系內?

愛因斯坦用相對論證明,我們宇宙中最快的速度就是光速,無論你再怎麼快,也絕對不可能超過光速。這是物理學的鐵律,已經經受幾十年來無數實驗的論證。有人說,如果我站在一艘正以光速行駛的飛船上,然後向前快速奔跑,那麼我的速度不就能夠超越光速嗎?如果你以為這樣能夠行得通的話,就太天真了,這種小把戲在物理法則的面前不堪一擊。

如果光速是宇宙極限,是否代表人類將永遠被困在銀河系內?


這不禁讓人感到一絲悲哀,宇宙實在是太大了,而人類是一個擁有著極大探索欲的族群,如果真的無法超過光速,這也就意味著在人類短暫的生命中,我們連銀河系也跨越不過。按照人類在銀河系所處的位置來看,衝出銀河系至少得花費3萬年。人生也就短短的幾十年,即使我們一生都在光速飛船上度過,我們最遠能夠到達的地方也不過百光年之外。然而,現實情況真的是這樣嗎?

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其實,真實情況是隻要人類擁有足夠快的速度,我們在宇宙中是能夠走得更遠的。在具體闡釋這個原理之前我先講一個關於μ介子的故事。

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μ介子是一種基本的亞原子粒子,它極其不穩定,平均壽命只有2.2微秒。但是它的速度很快,能夠達到光速的99.8%。我們可以做一個簡單地計算,用它的速度乘以它的壽命時間,就很容易地得到它一生中能夠走出的距離:644米。這一點是不是跟人類的狀況很像啊,終其一生也突破不了這個極限。但是,事情還沒有結束,故事的結局還挺讓人感到意外的。我們說μ介子一生最遠只能去到644米外的地方,但是科學家們卻在地球表面探測到了來自外太空的μ介子,這就意味著這些粒子穿過了長達10千米的平流層,它們跨越了自己極限距離的幾十倍。這就像一生都被困於百光年內的人類,意外地出現在了銀河系以外,這是怎麼回事呢?

如果光速是宇宙極限,是否代表人類將永遠被困在銀河系內?


這其實就是相對論的時間膨脹效應與尺縮效應。我們來做一個思想實驗,假設我們乘坐一艘速度接近光速的飛船飛離地球,前往4光年以外的比鄰星。在地球上的人看來,我們的飛船以接近光速的速度在太空中飛行了4年,然後到達了比鄰星,這沒有任何問題。但如果把視角切換到飛船上來,奇怪的事情發生了。我們會發現速度還是一直維持在接近光速,但是我們卻只用了1年就到達了目的地。這隻有兩個可能的原因,要不是自己1年的時間膨脹為了4年,要不就是距離縮短為了以前的四分之一。如果速度沒有問題,那麼出問題的就只能是時間和空間了。這就是相對論中的重要概念:“光速是絕對的,時空是相對的”。

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如果你對時空概念瞭解的很深入,你會知道,時間與空間本就是一體,時間就像鑲嵌在空間裡一樣,兩者不可分割。所以,我們在跨越空間的同時也是在跨越時間。如果我們用足夠快的速度跨越空間,那麼我們其實也是在迅速的跨越時間。我們能夠用1分鐘,就跨越外界1萬年的時間。

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瞭解了以上這些概念,我們就能知道。雖然銀河系的直徑有10萬光年,但是我們跨越1這段距離卻不一定要花10萬年。只要飛船越接近光速,時間膨脹的係數就會越大。如果速度足夠快,那麼,我們用一年時間就飛出銀河系也是有可能的。

如果光速是宇宙極限,是否代表人類將永遠被困在銀河系內?


這就是可怕的相對論效應,雖然很讓人難以置信,但它卻是真實的宇宙法則。現在,是不是感覺人類征服宇宙的雄心又回來了呢?

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