银河系到底有多大?

人类对银河系的认识也经过几个阶段,一开始天文学家们发现银河系的直径为10万光年,但随着深入探索,天文学家们发现银河系很可能更大,2019年,我国的郭守敬望远镜发现银河系的直径达到了20万光年,这一发现再次颠覆了我们对银河系大小的认知。

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这意味着即便以光速飞行,想要穿越银河系,也需要20万年时间。但真的如此吗?如果一个人以光速飞行,穿越银河系真的需要20万年吗?

事实上并不是。光年,只是人们定义的距离长度,用光的速度乘以一年的时间就是一光年,其实与光速本身没有关系,只是利用了光的速度,而没有考虑到光的特性。

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爱因斯坦的相对论早就表明,我们所在的时空并不是绝对不变的,而是相对的,速度会影响时间的流逝。简单说就是速度越快,时间就越慢,这就是所谓的“时间膨胀效应”或者“钟慢效应”。

由于时间和空间是一体的,所以时间膨胀的同时,也会出现空间上的“尺缩效应”,说白了就是距离会变短。

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不过,爱因斯坦的相对论中还有一个质增效应,该效应表明,物体的质量会随着速度的增加而变大,但物体无限趋于光速时,质量会变得趋于无穷大,这时候想让物体再加速就需要无穷多的能量,整个宇宙的能量都不行,显然这是不可能的。

所以,无论如何,一个物体的质量是不可能达到光速的,除了静质量为零的物体,比如说光。

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这里我们就讨论以非常接近光速的速度飞行,穿越20万光年的银河系需要多长时间,假设你乘坐这样的飞船穿越银河系。

对于地球上的人类来讲,你确实会花费20万年多点的时间才能穿越银河系,这就是简单的数学计算,用银河系的直径除以你乘坐飞船的速度。

但是对于你本人来讲,一切都大为不同。在你以亚光速飞行的时候,你面前的时空结构会发生很大变化,因为速度会影响时空,会有什么影响呢?通俗来讲就是距离变短了,也就是所谓的“尺缩效应”。

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20万光年的距离在你眼里不再是20万光年,会变得很短,具体有多短,取决于你的速度到底有多接近光速。如果你乘坐飞船的速度无限接近光速,那么即便是20万光年的浩瀚距离在你眼里也是近在咫尺,好像一迈步就能瞬间跨越20万光年一样!

尺缩效应的公式也充分说明了这点。

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通过公式并不难计算出,当飞船的速度达到光速的0.999999999倍时,20万光年的距离会在尺缩效应下,直接缩短为25.45光年,当然这样的距离你仍然需要飞船20多年。不过如果飞船的速度再快一些,无限接近光速,25.45光年的距离可能就会变成20多公里,甚至20多米!

当然,这只是理论上分析,实际上要让飞船达到如此高的速度是很难的,现实中是行不通的。即使人类科技达到了这种高度,也肯定早就有更好的方式实现“超光速”了,比如说虫洞技术。

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虫洞就是利用时空的可塑性来扭曲时空,在时空结构中创造出连接两个不同时空的捷径。这种方式虽然操作起来也很难,但肯定比在绝对速度上试图达到光速更容易。

有点跑题了,回归正题。

这里存在一个极端情况,那就是假如你真的以光速飞行,是不是就可以瞬间穿越银河系呢?

既然是假设,咱们就暂且先不考虑相对论中的光速限制。如果你足够幸运,在光速飞行的时候还能够有直觉的话,你的感觉会是这样:穿越银河系的动作还没开始,就已经结束了!或者说,在你刚开始穿越银河系的一瞬间,你就已经穿越过去了。

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不要说20万年的银河系,即便是整个宇宙,你也会瞬间穿越,不会花费任何时间!

为什么会这样?

因为,对于光速飞行的你来讲,已经没有时间概念了,当然也不会有空间的概念。说白了光速飞行的你早就脱离了四维时空的束缚,不属于四维时空了,当然也就无所谓什么穿越不穿越的了!

也就是说,你根本不会完整存在,光速飞行的你早已经不再是你,而是一道光。对于光来讲,根本不存在时间和空间的概念,所以光可以在一瞬间到达任何浩瀚的星际距离。

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说白了,光速就是四维时空的分界线,在我们的四维时空里,任何物体的速度都不能超过光速。当然,我们可以这样理解,因为光没有时间和空间,所以严格来讲光并不属于四维时空里面的东西,或者这样通俗理解,光是四维时空与其他时空维度的分界线。

在我们的四维时空里无法超越光速,不代表在其他时空维度里不能超光速,或许在更高的时空维度里,那里的状态与四维时空正好相反,最低的速度就是光速,所有物体都必须以超光速飞行。

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当然,高维度时空目前更多的只是猜想,我们很难证明高维度时空是否存在。