宇宙的遼闊讓地球上的我們陷入了困惑,我們的問題在於:“宇宙實在是太遼闊了!”
究竟宇宙有多大呢?我們並沒有一個確切的答案,因為我們能觀測到的宇宙是一個直徑約為930億光年的球體區域。在可觀測宇宙之外的光線,由於宇宙膨脹而永遠無法到達地球,所以我們無法窺探可觀測宇宙之外的宇宙區域。
在宇宙中,速度的極限是“光速”——每秒約30萬公里。以光速計算,從太陽到地球的距離只需要大約8分鐘。這是人類目前在宇宙中所知道的物體移動的最大速度,換言之,光速就是宇宙速度的上限。
當我們將光速與其它速度相加,得到的結果仍舊是光速,這一點與光源的運動狀態無關。此外,一個物體的運動速度越快,其質量就越大,但這種變化在物體速度極接近光速時才會變得顯著。
在接近光速的情況下,物體的質量會顯著增大。當物體的速度接近光速時,其動質量將趨於無窮大。因此,任何有質量的物體都不能實現以光速移動,未來的人類宇宙飛船大多隻能以“亞光速”飛行。只有像光子這樣的無靜止質量的基本粒子,才能達到光速。
儘管光速對我們來說似乎極快,但在宇宙尺度中並不算什麼。就像我們在家裡行走的速度雖比不上汽車,但足以應對家居活動。前往其他城市時,我們會選擇汽車,而跨國旅行則需要飛機或輪船。
在太陽系內,人類目前的飛行器足以應對,但若要走出太陽系,現有的飛行器就顯得力不從心。到目前為止,沒有任何探測器能夠成功離開太陽系。太陽到離我們最近的恆星比鄰星的距離約4.2光年,即使以光速旅行,也需要超過4年的時間。
未來,人類必然會探索其他恆星系,而光速似乎成了我們面臨的第一道難題。如果宇宙中最快的速度確實是光速,那麼探索其他恆星系將需要漫長的時間,而時間恰恰是人類最缺乏的資源。試想,我們的飛船需要數十年甚至數百年才能抵達其他恆星系,這樣的時間跨度如何進行有效探索?
因此,超越光速似乎成了人類未來必須達成的目標,否則我們將因資源受限而被困在小小的區域內,最終消失於宇宙之中。
但是,真的只有超越光速才能解決所有問題嗎?
科學家們早已構想出一種不違揹物理定律且能讓飛船超光速飛行的方法,即在科幻作品中常見的“曲率引擎”。
曲率引擎利用了物理學中的漏洞,不是透過傳統的方式給飛船提供動力,而是在飛船周圍形成一個“時空泡”,利用宇宙的空間曲率實現超光速移動。本質上,飛船並未移動,而是周圍的空間發生了改變,使得飛船能夠超光速前進。這種方法並不違揹我們的物理定律。
引力實際上也是時空彎曲的一種表現。物體的質量會影響其周圍的時空,導致時空彎曲,並以引力形式表現出來。這也解釋了為何質量越大、密度越高的物體所產生的引力越大。
如果可以製造一個能降低飛船後方時空曲率的機器,由於飛船前方的時空曲率較高會產生拉力,飛船便會被向前拉扯,這就是“曲率引擎”的原理。但在科幻作品中,這種先進的“曲率引擎”實際上顯得相對落後,甚至有些原始。
我們可以看看上圖,顯示了不同級別的曲率引擎所能達到的光速倍數。9.9級曲率引擎能實現3052倍光速,這已是一個難以置信的速度,但科學家們可能還會認為這樣的速度仍不夠用。
這是因為在宇宙尺度下,即使是3052倍光速也顯得不夠快。例如銀河系的直徑大約在20萬光年左右,以3052倍的光速穿越也需60多年。而在浩瀚宇宙中,類似銀河系這樣的星系數不勝數,想要探索更為廣闊的宇宙空間,3052倍光速顯然不足夠。
相較於曲率引擎,一種更為理想的空間旅行技術是“空間跳躍”。透過在宇宙的某一點開啟類似於蟲洞的時空隧道,瞬間跨越極遠的距離,到達宇宙的另一端。在這種技術面前,“曲率引擎”就顯得遜色許多。
不管人類的科技如何發展,在整個宇宙面前,我們始終顯得太過渺小。希望在未來的某一天,科學家能夠實現超光速旅行,讓我們能探索更遙遠的宇宙空間。