倘若我们能够乘坐一艘速度达到 10 亿倍光速的飞船,向着宇宙的深处一直飞行,那么我们最终能否飞出宇宙呢?
首先,爱因斯坦的狭义相对论提出了一个革命性的观点:真空中的光速 c 是自然界物体运动的最大速度,也是宇宙中所有物质运动、信息传播的速度上限。
这一理论并非凭空臆想,而是建立在大量的实验和观测基础之上。根据狭义相对论,物体的质量并非一成不变,而是会随着速度的增大而增大。
当物体的速度趋近于光速时,其动质量将趋于无限大。
这意味着,要使一个具有静止质量的物体达到光速,我们需要提供无限大的能量来推动它,而在现实世界中,无限大的能量是不存在的。
以我们日常生活中的物体为例,一辆汽车在行驶过程中,其质量会随着速度的增加而略有增加,但这种增加极其微小,几乎可以忽略不计。
然而,当物体的速度接近光速时,质量的变化就变得显著起来。对于一艘飞船而言,当它试图接近光速飞行时,其质量会迅速增大,所需的能量也会呈指数级增长。
要达到 10 亿倍光速,所需要的能量更是超乎想象,远远超出了我们目前所理解的能量范畴。因此,从相对论的角度来看,10 亿倍光速的飞行在现实中几乎是不可能实现的。
让他根据狭义相对论,当物体运动速度接近光速时,时间会变慢,这就是著名的时间膨胀效应。
例如,当一艘飞船以接近光速的速度飞行时,飞船内的时间流逝速度相对于地球上的时间流逝速度会变得非常缓慢。
如果飞船以 99% 的光速飞行,飞船上经过一年的时间,地球上可能已经过去了约 7 年。
也就是说,只要速度足够接近光速,时间将无限膨胀。飞船里的一秒,宇宙就可能过去了亿万年。
同时,时间膨胀与尺缩效应是等价的,同时发生的。
尺缩效应意味着,只要速度足够接近光速,不管多远的距离都会近在咫尺。哪怕是宇宙的边缘(假设存在),也会近在眼前。
这意味着,完全不用10亿倍光速飞出宇宙,只需要足够接近光速就可以了。
而当物体达到光速时,时间对于该物体来说就不再具有意义,或者说时间静止了。
从理论上讲,如果飞船以光速飞行,那么对于飞船上的乘客而言,他们从出发地到目的地的过程可能不需要任何时间。这是因为在光速状态下,时间膨胀达到了极致,时间的流逝速度变为零。
宇宙的大小和形状是我们探讨能否飞出宇宙的关键因素。
目前,人类可观测宇宙的直径达到了 930 亿光年。
然而,这仅仅是我们能够观测到的部分,宇宙的真实范围可能远远超出了这个数值。而且,宇宙并非静止不变,根据哈勃定律,宇宙正在不断膨胀,并且距离我们越远的星系,其远离的速度就越快。
在一定距离之外,宇宙膨胀的速度甚至超过了光速。这意味着,即使我们以光速飞行,也无法追上那些因宇宙膨胀而远离我们的星系,更不用说飞出宇宙了。
关于宇宙的形状,目前也存在多种理论。
一些理论认为宇宙是平坦的,类似于一个无限延展的平面;而另一些理论则认为宇宙是弯曲的,可能是球形、马鞍形等。
如果宇宙是有限且无边界的,就像一个三维的球体表面,那么无论我们朝着哪个方向飞行,最终都可能回到原点,就如同在地球表面上一直朝一个方向行走,最终会绕地球一圈回到出发地一样。
在这种情况下,即使飞船以 10 亿倍光速飞行,也无法真正飞出宇宙,因为宇宙本身并没有一个明确的边界可供我们跨越。