在无数的科幻电影中,光速被描绘成打破星际枷锁的终极钥匙,只要飞船开启“光速引擎”,恒星就会化作一道道流光,人类似乎就能在一瞬间跨越星辰大海,去触摸那个传说中的“宇宙边缘”。
但现实的物理法则,远比科幻小说要冷酷得多。
别说你拥有光速飞船,就算你的速度再快上一倍、十倍,你也永远、永远无法抵达宇宙的边缘,你甚至连我们目前能“看”到的大部分星系都飞不到。
答案既不是阴谋论,也不是物理定律的失效,而是源于一个比光速更庞大、更让人充满无力感的宇宙级现象:空间的暴胀。
在讨论“能不能飞到边缘”之前,我们必须先纠正一个人类大脑根深蒂固的错觉:宇宙的边缘,到底长什么样?
在我们的直觉里,任何东西都有边界。桌子有边缘,地球有大气层边界,太阳系有奥尔特云。所以我们理所当然地认为,只要一直往一个方向飞,总有一天会遇到一堵极其巨大的“宇宙实体墙”,或者一片彻底空无一物的“绝对虚无”。
但在现代宇宙学中,宇宙没有中心,也没有这样一个像砖墙一样的物理“边缘”。
科学家通常把宇宙分为两个概念:
第一是可观测宇宙,这是我们能“看”到的极限,因为光速是有限的,宇宙的年龄也是有限的。光在 138 亿年里能跑多远,我们就只能看到多远。以地球为中心,目前可观测宇宙的半径大约是 465 亿光年,在这个球体之外发出的光,至今还没来得及跑到地球上,所以对我们来说,它们是“不可见”的。
第二才是整个宇宙,这是包含可观测宇宙在内的绝对全貌。
那么整个宇宙到底是什么形状?
目前天文学界通过测量宇宙微波背景辐射,得出的主流结论是:宇宙极大概率是“平坦的”,并且是无限大的,这就意味着,如果你能无视时间瞬间移动,当你飞出 465 亿光年的可观测宇宙后,你看到的依然是无尽的星系、无尽的星云。
就算我们把目标定得低一点:不去寻找绝对的尽头,我们只试图飞到目前我们能看到的“可观测宇宙的边缘”,也是做不到的。
因为宇宙时空在膨胀,而且是超光速加速膨胀。
早在1929年,天文学家埃德温·哈勃就宇宙中几乎所有的星系,都在离我们远去,而且一个星系距离我们越远,它逃离我们的速度就越快,而且这不是星系在空间中移动,而是“空间本身”在不断地膨胀。
这就带来了一个极其致命的后果:当你驾驶着光速飞船,试图飞向一个距离你 100 亿光年外的星系时,你和那个星系之间的空间,正在以不可思议的速度拉伸、膨胀。
你就像是在一台履带正在极速向后倒退的跑步机上跑步。你的速度是光速,但如果你脚下的空间向后退的速度比光速还快,你不仅永远到不了终点,你甚至在不断地后退!
因为空间不是一种具有质量的实体,它不受相对论速度极限的约束,空间可以以极其缓慢的速度膨胀,也可以以千万倍于光速的速度暴胀,根据哈勃常数的最新测量值,在距离地球大约 144 亿光年 的地方,那里空间膨胀的累积速度,刚好等于光速。
天文学家把这个球面界限称为“哈勃视界”,任何位于哈勃视界之外的星系,它们相对于我们的退行速度,已经超过了光速!
现在,让我们把极其绝望的物理学推向高潮,来模拟一次真实的光速旅行。
假设今天,你坐上了一艘速度完美达到 100% 光速的飞船,你的目标是目前可观测宇宙边缘,距离我们 465 亿光年的一个远古星系。
你的速度极快,一秒钟就能绕地球七圈半,但是因为目标星系距离你 465 亿光年,它所在位置的空间膨胀速度,大约是光速的 3 倍多,这意味着,你每向着目标前进 1 步,目标所在的星系就被空间向后拉扯退了 3 步。
这是一场从一开始就注定失败的悲剧追逐。不管你飞多长时间,你和那个星系之间的距离不仅没有缩短,反而在不断增加。
不仅如此,科学家发现由于一种神秘的“暗能量”在作祟,我们宇宙的膨胀不是匀速的,而是加速膨胀的,这就意味着,不仅远处的星系在超光速逃离,而且逃离的速度还会越来越快,由于这种加速膨胀的存在,天文学家计算出了一个令人窒息的宇宙事件视界。
目前的宇宙事件视界大约在距离地球 160 亿光年 的地方,任何今天位于距离我们 160 亿光年之外的星系,无论它们发出多亮的光,无论你驾驶多快的飞船向它们飞去,这束光或这艘飞船,都永远无法跨越不断加速膨胀的空间。
它们与我们之间,存在着一道无法逾越的因果律鸿沟。
目前在我们能“看”到的可观测宇宙中,包含着大约两万亿个星系。但令人脊背发凉的真相是:其中高达 94% 的星系,已经越过了我们的宇宙事件视界,我们现在还能看到它们,仅仅是因为它们在几十亿年前发出的光刚刚抵达地球,而它们“现在”的本体,已经以超光速被抛到了我们永远无法触及的深渊。
即便你从现在开始以光速追赶,你也只能追到那可怜的 6% 的星系。
随着时间的推移,宇宙的加速膨胀会越来越狂暴,在极其遥远的未来,所有的本星系群之外的星系,都会加速退行到光速以上,从我们的视野中彻底消失。
到那时,如果地球上还有后代天文学家,他们仰望星空时,将看不到银河系之外的任何星系。宇宙的微波背景辐射也会被拉伸到无法探测的程度。
未来的智慧生命会认为,整个宇宙就只有银河系和仙女座星系这么大,外面只有绝对的、无尽的黑暗虚空。
所以为什么天文学家认为我们到不了宇宙的边缘?
因为宇宙根本不允许我们靠近。
我们在物理上,被光速的上限死死地锁死了,而在宏观尺度上,又被空间加速膨胀的“星系跑步机”无情地向后拖拽,所谓的“飞向宇宙边缘”,就像是一个在不断扩张的沙漠中,试图用脚走到海市蜃楼的口渴旅人。
听到这里,你可能会感到一种深深的无力感和宇宙幽闭恐惧症,人类被大自然死死地锁在了银河系这片极小的“宇宙孤岛”上。
但这,恰恰是物理学最迷人的地方。
虽然我们的肉体和飞船永远无法抵达宇宙的边缘,但我们凭借极其微小的大脑,凭借望远镜捕捉到的那几束微弱的古老光芒,竟然在纸上用数学公式,极其精准地推演出了那个我们永远无法抵达的边界的运作法则。
肉体被禁锢在几万光年的孤岛上,思想却早已经测量了整个宇宙的维度,我们飞不到宇宙的尽头,但我们正在理解它,对于渺小的人类而言,这已经是宇宙能给予我们的最高级别的浪漫。
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