銀河系到底有多大?
人類對銀河系的認識也經(jīng)過幾個階段,一開始天文學家們發(fā)現(xiàn)銀河系的直徑為10萬光年,但隨著深入探索,天文學家們發(fā)現(xiàn)銀河系很可能更大,2019年,我國的郭守敬望遠鏡發(fā)現(xiàn)銀河系的直徑達到了20萬光年,這一發(fā)現(xiàn)再次顛覆了我們對銀河系大小的認知。
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這意味著即便以光速飛行,想要穿越銀河系,也需要20萬年時間。但真的如此嗎?如果一個人以光速飛行,穿越銀河系真的需要20萬年嗎?
事實上并不是。光年,只是人們定義的距離長度,用光的速度乘以一年的時間就是一光年,其實與光速本身沒有關系,只是利用了光的速度,而沒有考慮到光的特性。
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愛因斯坦的相對論早就表明,我們所在的時空并不是絕對不變的,而是相對的,速度會影響時間的流逝。簡單說就是速度越快,時間就越慢,這就是所謂的“時間膨脹效應”或者“鐘慢效應”。
由于時間和空間是一體的,所以時間膨脹的同時,也會出現(xiàn)空間上的“尺縮效應”,說白了就是距離會變短。
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不過,愛因斯坦的相對論中還有一個質增效應,該效應表明,物體的質量會隨著速度的增加而變大,但物體無限趨于光速時,質量會變得趨于無窮大,這時候想讓物體再加速就需要無窮多的能量,整個宇宙的能量都不行,顯然這是不可能的。
所以,無論如何,一個物體的質量是不可能達到光速的,除了靜質量為零的物體,比如說光。
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這里我們就討論以非常接近光速的速度飛行,穿越20萬光年的銀河系需要多長時間,假設你乘坐這樣的飛船穿越銀河系。
對于地球上的人類來講,你確實會花費20萬年多點的時間才能穿越銀河系,這就是簡單的數(shù)學計算,用銀河系的直徑除以你乘坐飛船的速度。
但是對于你本人來講,一切都大為不同。在你以亞光速飛行的時候,你面前的時空結構會發(fā)生很大變化,因為速度會影響時空,會有什么影響呢?通俗來講就是距離變短了,也就是所謂的“尺縮效應”。
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20萬光年的距離在你眼里不再是20萬光年,會變得很短,具體有多短,取決于你的速度到底有多接近光速。如果你乘坐飛船的速度無限接近光速,那么即便是20萬光年的浩瀚距離在你眼里也是近在咫尺,好像一邁步就能瞬間跨越20萬光年一樣!
尺縮效應的公式也充分說明了這點。
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通過公式并不難計算出,當飛船的速度達到光速的0.999999999倍時,20萬光年的距離會在尺縮效應下,直接縮短為25.45光年,當然這樣的距離你仍然需要飛船20多年。不過如果飛船的速度再快一些,無限接近光速,25.45光年的距離可能就會變成20多公里,甚至20多米!
當然,這只是理論上分析,實際上要讓飛船達到如此高的速度是很難的,現(xiàn)實中是行不通的。即使人類科技達到了這種高度,也肯定早就有更好的方式實現(xiàn)“超光速”了,比如說蟲洞技術。
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蟲洞就是利用時空的可塑性來扭曲時空,在時空結構中創(chuàng)造出連接兩個不同時空的捷徑。這種方式雖然操作起來也很難,但肯定比在絕對速度上試圖達到光速更容易。
有點跑題了,回歸正題。
這里存在一個極端情況,那就是假如你真的以光速飛行,是不是就可以瞬間穿越銀河系呢?
既然是假設,咱們就暫且先不考慮相對論中的光速限制。如果你足夠幸運,在光速飛行的時候還能夠有知覺的話,你的感覺會是這樣:穿越銀河系的動作還沒開始,就已經(jīng)結束了!或者說,在你剛開始穿越銀河系的一瞬間,你就已經(jīng)穿越過去了。
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不要說20萬年的銀河系,即便是整個宇宙,你也會瞬間穿越,不會花費任何時間!
為什么會這樣?
因為,對于光速飛行的你來講,已經(jīng)沒有時間概念了,當然也不會有空間的概念。說白了光速飛行的你早就脫離了四維時空的束縛,不屬于四維時空了,當然也就無所謂什么穿越不穿越的了!
也就是說,你根本不會完整存在,光速飛行的你早已經(jīng)不再是你,而是一道光。對于光來講,根本不存在時間和空間的概念,所以光可以在一瞬間到達任何浩瀚的星際距離。
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說白了,光速就是四維時空的分界線,在我們的四維時空里,任何物體的速度都不能超過光速。當然,我們可以這樣理解,因為光沒有時間和空間,所以嚴格來講光并不屬于四維時空里面的東西,或者這樣通俗理解,光是四維時空與其他時空維度的分界線。
在我們的四維時空里無法超越光速,不代表在其他時空維度里不能超光速,或許在更高的時空維度里,那里的狀態(tài)與四維時空正好相反,最低的速度就是光速,所有物體都必須以超光速飛行。
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當然,高維度時空目前更多的只是猜想,我們很難證明高維度時空是否存在。
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