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未来人类能否飞到宇宙边缘

闻说新知
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教授,博导,从事航天总体工作,,热爱航天科普创作与传承工作。
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如果你凝视太空深处----广阔的恒星、星系,甚至大爆炸本身留下的余辉----你可能会期待,如果我们未来能够理解宇宙法则并具有先进技术,我们可能探索宇宙就不受限制。比如,利用核聚变技术、反物质存储技术,甚至是在太空旅行时利用暗物质的能量,我们就可以释放出行星际、恒星际、星系间旅行的潜力。我们的飞船可能通过数月,甚至数年加速达到近光速,或超光速,甚至可以在有生之年到达想去的目的地。

暗能量是什么?时间旅行是可能的吗?我们处于宇宙中的什么位置?宇宙之外是什么?这是我们的宇宙好奇心所产生的问题,随着对太空旅行的深入探索,脱颖而出的问题就是……我们能否到达宇宙边缘吗?

1.光速飞船能否到达可观宇宙的边缘

今天,航天器飞行速度最快还不到光速的万分之一,飞出太阳系需要几万年,而飞到银河系边缘则需要几亿年。上个世纪阿波罗13号三位宇航员飞越到了月球轨道的背面,创造出了人类飞离地球最远的旅行记录。从地球表面到月亮背面的距离是400171公里,光传播需要1.335秒距离。目前很多关于星际旅行问题,还处于科幻小说的范畴,或纯粹遐想,但科学技术和人类文明的发展确实把我们星际旅行的梦想带到了更现实的框架里。

自从发明望远镜以来,人类太空探索的脚步一直没有放缓。科学家们目前可以观察到宇宙大爆炸之后450-470亿光年的距离,所以可观测宇宙直径大约为930亿光年,这意味着即使光速,也需要465亿年才能到达可观宇宙的边缘。当然,很多科学家认为宇宙的尺寸远远不止465亿光年。并且现代科学主流的观点认为,宇宙正在膨胀。我们现在看见的可观宇宙边缘只是宇宙的过去“痕迹”,所以即使未来我们乘坐光速飞船从地球出发,至少需要飞行约465亿光年,才能达到距离我们最近的那个宇宙边缘,但我们永远不能触及到的那个宇宙“痕迹”,因为目前的主流观点认为宇宙正在是迅速膨胀。不过,牛顿认为宇宙是静止的,爱因斯坦也认为宇宙应该是静止的(爱因斯坦曾竭力反对宇宙大爆炸后还在继续膨胀的观点,他在最初提出广义相对论的引力场方程揭示出宇宙正在发生膨胀的现象,但他为了抵消这个膨胀现象,在方程中特意添加了一个宇宙学常数。)。

图1 可观宇宙边缘(艺术图)

2**.** 光速飞船能否能到达宇宙的边缘

关于宇宙的边界,目前还没有得出定论。四百多年前,布鲁诺在哥白尼的宇宙学说基础上,提出了宇宙无限的思想。但是,爱因斯坦认为宇宙是非平面的和多维度的,人类只是三维世界的生命,对于四维空间生命来说,三维空间生命是没有秘密可言的,反正三维空间生命是理解不了四维空间秘密的。霍金给出的解释和爱因斯坦相同,霍金认为宇宙是有边界的,宇宙就像一副多维度的全景图,虽然现在向外扩张,但它是有边界的。宇宙多维空间中充满了物质,宇宙的边界就是这些宇宙物质的最外一层,宇宙的边界是宇宙物质自身创建的。

图2假想的宇宙边缘(艺术图)

从宇宙是否有边界的角度看,人类能否到达宇宙边缘。目前有两种推测:第一种推测认为,宇宙是无限的,即使我们可以永生,即使我们能制造出以光速飞行的飞船,穿越宇宙深处,也不可能达到宇宙边缘。第二种推测认为,宇宙是封闭球体,我们能到达边缘,但由于我们思维的限制,只能到达宇宙低维度的边缘,而不能到达高维度的边缘,因此,宇宙的真正边缘是现代人类不可触及到的。

此外,还有一种比较异类的观点:宇宙是不存在,只是虚拟的空间与时间,在这种情况下,我们在宇宙中移动只是超级计算机运行的一个虚拟程序;光速限制是超级计算机设定的最高运行速度,如果我们以光速移动,这台计算机就会超负荷运行,进而导致整个宇宙的崩溃,从而导致人类的灭绝。

3.结论

截止目前为止,科学家们也没有弄清楚宇宙具体的形状和大小,只是大概给出了一个模糊的多维空间形象。我们通过高科技不断去探索宇宙中的任何天体,看到的都只是宇宙的过去3维几何空间中的物质体。我们今天所了解的都是几亿年前的宇宙现象,所以我们永远也不能到达和触摸现在的宇宙边缘。

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汨罗镇徐志雄
少师级
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2023-09-04