光在真空中的速度为每秒钟299792458米,在我们地球上,这样的速度可以说是相当的快了,但如果我们把光速放在浩瀚的宇宙中,情况就完全不一样了。具体怎么样呢?我们不妨用银河系来举例说明,银河系拥有数千亿颗恒星,几乎每一颗恒星都有自己的行星系统,而即使是离我们最近的恒星,用光速飞行也需要大约4.22年才能抵达。
假如我们想飞得更远一点,就需要更长的时间,比如说以光速飞出银河系,我们需要10多万年,而以光速飞到银河系的邻居——仙女座星系,则需要长达200多万年的时间。更令人沮丧的是,这个范围在可观测宇宙中只能算是沧海一粟,因为整个可观测宇宙的直径高达930亿光年。
如此看来,如果人类无法实现超光速飞行,就很可能会被困在宇宙中的一个很小的范围内。遗憾的是,我们的物理体系明确地指出,凡是有静止质量的物质,都不可能超过光速。事实上也是这样,在过去的日子里,我们从未观测到任何可证实的超光速现象,这就让我们不得不思考一个问题,如果永远无法实现超光速飞行,人类该怎么办?
关于这个问题,其实爱因斯坦已指出明路,他在广义相对论指出,时空并不绝对,它是可以扭曲的。需要注意的是,虽然爱因斯坦的这个理论看上去非常反直觉,但是却早已得到科学家的证实,也就是说,时空扭曲这种现象是真实存在的,未来的人类完全可以通过扭曲时空来完成跨越星际的梦想,就算永远无法实现超光速飞行,人类也有其它的方法在宇宙中驰骋。
想象一下,对于一张纸上的两个点而言,从其中一个点到另一个点最快捷的方法是什么?通常的答案是走直线,但还有一个更快捷的方法,那就是直接将纸折起来,让这两个点挨在一起,同样的道理,我们也可以利用时空扭曲的现象来跨越遥远的距离。
那么未来的人类该采用哪种方法实现在宇宙中驰骋的梦想呢?笔者认为,最有可能的方法就是利用黑洞。根据爱因斯坦的相关理论,引力的本质其实就是时空扭曲,在相同的范围内,一个物体的引力越大,它扭曲空间的能力就越强,而因为黑洞的中心是一个体积无限小、密度无限大的“奇点”,所以在这里的时空就会被扭曲到极致,并将两个本来距离非常遥远的时空连接在一起。
因此可以说,只要未来的人类掌握了穿越黑洞的方法,就可以在短时间内跨越遥远的距离,并且这种方法似乎比传说中的超光速飞行还要快捷。但这需要解决一个问题,黑洞的引力强大到连光也无法逃逸,未来的人类怎么才能够安然无恙地穿越黑洞呢?
其实黑洞并不是一动也不动,理论上来讲黑洞都应该存在着自转的现象,早在1962年,物理学家罗伊.克尔(Roy Kerr)就根据爱因斯坦场方程推导出,如果某个黑洞的自转速度达到了一定的程度,那我们就可以穿越这个黑洞。
这种黑洞被称为“克尔黑洞”,简单地讲就是,因为“克尔黑洞”的自转速度非常高,所以在这种黑洞的内部就存在着巨大的“离心力”(注:“离心力”是一种假想的力,其实是物体惯性的体现),这种“离心力”会与黑洞“奇点”的引力相互抵消,从而在“克尔黑洞”的内部形成一个稳定的环状区域——“奇异环”。
罗伊.克尔指出,当某个物体进入“克尔黑洞”的“奇异环”之后,就不会受到黑洞引力的撕扯,而如果这个物体拥有足够的动力(或者速度),那么它就可以穿越“克尔黑洞”。
那么问题就来了,在银河系中到底有没有“克尔黑洞”呢?
通过对银河系的的红矮星(这种恒星的年龄可达上万亿年)以及放射性元素的测定,科学家推算出银河系诞生于130多亿年前。研究者认为,经过这段漫长的时间之后,银河系里那些早期的大质量恒星早已消亡(恒星的质量越大,寿命就越短),而在这些大质量的恒星消亡之后,就可能会形成黑洞。
在过去的日子里,科学家估计在我们银河系中至少存在着10万个黑洞,然而就在前不久(2020年5月6日),科学家在距离我们仅有1000光年的位置上还发现了一个黑洞,这个发现很大地提高了黑洞出现在银河系中的概率,以至于不少的科学家都据此认为银河系里至少有100万个黑洞。
考虑到形成“克尔黑洞”的条件并不苛刻,我们可以乐观地认为,在数量如此庞大的黑洞里面,存在“史尔黑洞”的可能性是相当高的。因此可以说,就算永远无法实现超光速飞行,人类也有其它的方法在宇宙中驰骋,毕竟黑洞是真实存在的,只要人类的科技足够发达,就可以将其收为已用。
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