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假如以光速旅行,我们这一生能踏遍137亿光年的宇宙吗?

三体迷【宇宙探秘专栏】众所周知,人类目前已知宇宙的尺度高达惊人的137亿光年,这是一个什么概念?137亿光年,连光也要跑137亿年!换句话说,就算我们能够以光速旅行,也需要花费漫长的137亿年才能飞越整个宇宙。相比之下,人生苦短寥寥数十年,又要怎么去实现宇宙旅行呢?

这么一想,上帝似乎和我们玩了一个黑色幽默,但是稍微思考一下,我们会发现其中忽略了一个有趣的事实——「高速运动下的相对论效应」。根据狭义相对论中的时间膨胀效应,以光速运动的物体(比如光子),它们在时间轴上的分量为零,即它们的时间是静止的。我们总是条件发射地站在「地球人」的角度思考问题——「光」要跑137亿年才能飞越宇宙,这137亿年实际上是对于我们「地球人」来说的,对于以光速旅行的「光子」来说,它们的时间却完全没有流逝。

因此,假如我们能够以光速旅行,那么旅行过程中我们的时间也就静止了。理论上来说,我们这样旅行到宇宙的边缘完全不花费任何时间,但外界的天荒地老却依旧在进行着。举个简单的例子,当你以光速飞到半人马α星再折返回地球时,你会发现自己一点都没变,而地球上的人们却已经老去了8.4岁。类似的场景,在不少科幻小说中都有过描述。因此假如我们能以光速旅行,踏遍137亿光年的宇宙完全不需要花费时间,哪里用得着一辈子。

然而,根据狭义相对论,我们是无法达到光速的:

根据上面的公式,我们可以得知,对于一个有质量的物体,其速度不可能达到或超过光速,否则式子中的分母将会变得无意义或变成一个虚数。「ps:光子因为没有静止质量,所以速度可以达到光速。」因此,理论上我们只能无限逼近光速,从而使时间无限趋于静止:

根据上面的公式,通过简单的计算我们就知道,要用尽一生去飞越宇宙(比如你想用50年来飞越137亿光年的宇宙),旅行的速度已经无限接近光速了。

当然,以上这些都只是在某一理论的理想状态下的探讨,人类目前完全不可能实现。但从这个角度上来看,上帝设计宇宙时并没有把门锁死将我们永远关在宇宙一隅。相信有朝一日,人类能飞出「太阳系监狱」,将足迹踏遍浩瀚的宇宙。

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