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[猎奇]乘坐飞船以10亿倍光速飞行,最终能飞出宇宙吗?[10P] [复制链接]

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关于光速和超光速飞行的问题,之前也做了太多的科普,不过这里还是有必要再次强调,毕竟网络上对光速飞行和狭义相对论的误解实在太多了。


首先,任何飞船以光速飞行都是不现实的,更不要说超光速飞行了。网络上有很多通过各种假设的手段企图实现超光速飞行,其实都是没有意义的。
爱因斯坦的狭义相对论早就明确了这点,在惯性系里,任何物体的速度都不可能超过光速。有人可能会提出这样的质疑:你怎么总是拿狭义相对论说事呢?难道相对论就是“神”吗,就一定是正确的吗?


任何理论都有一定局限性,都不能保证一直正确。但过去的一百多年时间,在各种质疑声中,相对论不但没有倒下,反而越来越被主流科学界承认,相对论也成为了现代物理学大厦的两大基石之一。
所以,我们不能总是用“我就是不相信狭义相对论”这种态度去否定相对论,质疑本身并没有错,但我们更应该理性质疑。事实上,任何一个新理论的诞生,都会受到科学家们不断的质疑,而只有经受住质疑的理论才是好理论。
而相对论恰恰是这样的理论。


好像有点跑题了。回归正题,很多时候,我们总是会下意识地用绝对时空观的思维去思考问题,总是会想着,速度只要足够快,就能到达任何遥远的距离。
殊不知我们所在的四维时空并不是绝对的,不是一成不变的,而是相对的,具有弹性的。按照爱因斯坦的狭义相对论诠释,速度越快时间就越慢,距离也就越短,这也是所谓的“时间膨胀效应”和“尺缩效应”。


如果飞船的速度足够快,无限接近光速,意味着,不管多远的距离,在飞船面前都是近在咫尺,飞船可以瞬间跨越任何浩瀚的距离。
所以,如果宇宙存在边界,飞船的速度并不需要超光速,当然也不可能超过光速,只需要无限接近光速就可以到达宇宙边界,然后飞出宇宙了,而且这只是一瞬间的事情,并不需要太长时间,前提是飞船必须以无限接近光速的速度飞行。


不过,飞船能飞出宇宙的另一个重要前提是:宇宙必须存在边界。那么我们的宇宙有边界吗?
我们生活在四维时空里,宇宙就是四维时空的总和。根据宇宙大爆炸理论的诠释,我们的宇宙诞生于138亿年前的大爆炸,大爆炸发生之后,宇宙就一直在加速膨胀,膨胀速度超过光速。这也是为什么宇宙只有138亿年的历史,但可观测宇宙直径却达到了930亿光年。


可观测宇宙外面是什么?我们永远不知道,因为那里的一切信息都不会传到地球。但可以预见的是,可观测宇宙外面仍旧会是宇宙。这意味着宇宙的真实大小很可能更大。
但不管有多大,理论上讲,宇宙都是有限大的。那么有限大的宇宙存在边界吗?
很多科学家认为宇宙的形态是“有限无边”,也就是说,宇宙的大小是有限的,但并没有边界。


“有限无边”的宇宙意味着“所有的东西都在里面”,并不存在所谓的“宇宙外面”这样的说法。所以,飞船无论朝着哪个方向飞行,无论飞行多长时间,都不可能飞出宇宙,因为宇宙根本就不存在边界。
同时,有限大的宇宙是没有中心的,但也可以理解为“处处都是宇宙的中心”。这句话乍一看很难理解,甚至有些自相矛盾,但仔细想想其实并不矛盾。
因为宇宙具有各向同性,从任何一个地方观看四周看到的基本都是一样的。可观测宇宙的直径为930亿光年,这个数据是在地球上测量的,以地球为中心测量的。如果把地球换做其他任何一个星球,测量的结果都是一样的。


这就如同我们在地球上是一个道理,地球上不存在中心,但也可以说“地球上的每一个地方都是中心”。如果我们沿着地球表面不停地走下去,会走出地球吗?并不能,因为虽然地球是有限大的,但并不存在边界。
有人可能会说:我们可以直接跳出地球,这样不就飞出地球了吗?
但我们并不能像飞出地球那样飞出宇宙,然后站在上帝视角俯视宇宙。因为宇宙就是四维时空的集合,四维时空就是我们存在的基础,甚至你我本身都是四维时空的一部分,这意味着我们到达的任何地方都是四维时空,都是宇宙。


而且,按照爱因斯坦的广义相对论诠释,我们所在的四维时空并不是平直的,不是一成不变的,而是弯曲的,并没有平直的时空可以让我们沿着一个方向飞行,我们认为的“朝着一个方向飞行”实际上只是沿着弯曲的时空做“测地线”运动,最终不但不能飞出宇宙,甚至有可能回到出发的原点!
“有限无边”的宇宙确实不太容易理解,也很难让人接受,毕竟在我们日常生活中,任何物体都是有限的,而有限的物体一定存在边界。但宇宙是个例外。
之所以很难理解,根本原因还在于我们无法站在“上帝视角”来审视这一切,就好比二维空间里的生物会认为永远无法飞出二维空间一样,如果他们来到我们所在的三维空间,也就相当于站在“上帝视角”重新审视二维空间,就会发现飞出二维世界原来如此简单。


这个“上帝视角”真的存在吗?这完全是另一个话题了,涉及到高维度空间,已经不属于科学的范畴了!
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xgch 金币 +35 辛苦了,感谢您无私奉献的精神! 06-19
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只看该作者 沙发  发表于: 06-19
乘坐飞船以10亿倍光速飞行,最终能飞出宇宙吗?要回答这个问题,首先需要明确“宇宙”的定义。如果宇宙指的是我们所居住的这个宇宙,即包括所有已知的物质、能量以及时间和空间本身的集合,那么无论以多快的速度飞行,都不可能飞出宇宙。

这是因为宇宙包含了所有的时空,包括时间和空间本身。在广义相对论中,时空是弯曲的,而宇宙的边界被认为是时空曲率变得无限大的地方。在这样的边界上,即使是光也无法逃脱,因此被称为“事件视界”。对于一个观察者来说,在事件视界之内的一切事件都不会有影响到外部的可能,而事件视界之外的事情则无法被观察到。

即便假设有一种技术可以让飞船以接近10亿倍光速飞行(这远远超过了任何已知物理定律的限制),飞船仍然受制于宇宙内的时空结构。根据当前的宇宙学理论,我们的宇宙可能是有限但无边界的,也可能是具有某种类型的边界条件。无论是哪种情况,只要宇宙包含了一切存在的事物,那么无论你以多快的速度移动,都不可能离开这个宇宙进入另一个不同的现实。

另外,即使不考虑相对论和宇宙学的限制,单从技术角度来讲,以如此极端的速度飞行也会遇到诸多实际难题,例如如何产生和承受这么高速度带来的巨大加速度和动能,如何保护飞船不受高能粒子和辐射的影响等。

所以,总结起来说,按照目前的科学理论和认知水平,不论以多高的速度,包括10亿倍光速,都不可能飞出我们所在的这个宇宙。这不仅仅是技术问题,而是基于我们对宇宙的基本理解。如果有新的物理理论或宇宙观出现,可能会改变这一结论,但在那之前,这个问题更多地属于哲学和科幻范畴。

要详细讨论光速和超光速飞行的问题,我们需要考虑几个方面的内容:相对论的原理、宇宙的结构以及技术上的挑战。

首先是相对论的原理。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,随着物体速度的增加,其质量和能量都会增加,从而需要更多的能量来继续加速。当物体接近光速时,其质量趋向无穷大,所需能量同样趋向无穷大,这就使得物体无法达到或超过光速。此外,相对论还预测了时间膨胀和尺缩效应,即随着速度的增加,运动的时钟会变慢,测量的长度会缩短。这意味着,即使忽略能量的问题,要达到或超过光速也是不可能的。

接着是宇宙的结构。目前宇宙学中的标准模型是ΛCDM模型,它描述了一个正在膨胀的宇宙,其中包含暗物质和暗能量。根据这个模型,宇宙是平坦的,且在大 尺度上是均匀的。宇宙是否有边界,这个问题目前还没有定论。如果宇宙是有限无边界的,那么理论上存在一种可能性,即以接近光速旅行的飞船能够抵达宇宙的边缘。但如果宇宙是无限的,或者像一些理论预测的那样是一个多维空间结构的一部分,那么无论飞船行驶多远,它始终处于宇宙内部。

最后是技术上的挑战。目前人类最快的航天器——朱诺号,其速度约为50,000公里/秒,离光速(299,792公里/秒)还差得很远。要达到接近光速的速度,我们需要一种全新的推进技术,现有的化学火箭或电磁推进都无法满足要求。此外,接近光速的飞行会产生巨大的相对论性质量增加,进一步加大了对推进技术的要求。还有高能粒子辐射、宇航员的生命支持系统等诸多问题都需要解决。

综上所述,虽然理论上存在以接近光速飞行的飞船抵达宇宙边缘的可能性,但实际上面临的技术和理论挑战都非常巨大。在当前的科学认知水平下,超光速飞行和探索宇宙的极限仍然是科幻领域的话题。随着科学的发展,我们对宇宙的认识或许会有新的突破,但直到那时,所有的讨论都只能停留在理论和假想的层面。
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