为什么科学家认为,就算是超光速飞行,也无法到达宇宙边缘?
要解答这个问题,先得澄清“边缘”的概念,在目前的宇宙学理论中,宇宙的结构有几种可能。
首先是直径约930亿光年的可观测宇宙,包含光子从138亿年前的大爆炸传播到地球的范围,第二是整个宇宙,可能无限大,或有限但无边界,呈现闭合超球体结构,但是2023年《物理评论D》基于普朗克卫星数据,倾向于无限平坦宇宙,也就是宇宙是一个无限延伸的平面结构。
就目前而言,宇宙边缘一般指的是可观测宇宙的边界,也就是465亿光年之外,超过这个范围虽然也存在星系,但它们发出的光永远也到不了地球了,因为宇宙时空处于超光速膨胀阶段,而且还是加速膨胀。
从138亿年前的宇宙大爆炸开始,我们的宇宙就开始了超光速膨胀,这期间占比68%的暗能量还加速了这一进程,哈勃望远镜和韦伯望远镜的观测结果都显示,远处星系远离地球的速度和距离成正比,即距离地球越远的星系远离地球的速度越快,最终在距离地球465亿光年的地方正式超光速,和地球失去因果联系。
在更远的1000亿光年外,宇宙膨胀的速度已经是两倍光速了,这个速度是可以随着距离而无限叠加的,飞船的超光速则会有个极限,如此一来追赶宇宙边界就变成不可能的事情了,2022年《天体物理学杂志》比喻:追赶宇宙边界像跑步机上跑步,空间只会以更快速度后退,永远追不上。
爱因斯坦的狭义相对论还会限制超光速飞船的诞生,因为飞船是有质量的,质能方程禁止有质量的物体达光速,因能量需求会在达到光速之前变成无穷大,而宇宙中是不存在无限大的能量的,强行超光速还会违背时间公式,导致时间反向流动,让飞船在制造之前就出现,扰乱时间线。
目前理论允许的超光速方式只有虫洞,又被称为爱因斯坦-罗森桥,是时空扭曲到极点的产物,霍金曾认为它只在宇宙大爆炸早期存在过,当时的宇宙时空很炽热,像一锅沸腾的开水,虫洞就是水里短暂出现并连通的小气泡,后来随着宇宙的膨胀和冷却,天然虫洞就失去了存在的基础,导致现在的宇宙中只有黑洞了,白洞和虫洞都不存在了。
人工产生虫洞,在目前的理论里需要负质量或者奇异物质,这两种都还存在于科幻阶段,也许未来出现比相对论更强的时空理论后,人造虫洞才能成为现实。
在可以预见的未来,虫洞仍然遥遥无期,人类文明的活动范围将长期局限在太阳系内,直到技术爆炸再次发生,短时间内成为二级文明或者更高的科技水平,否则太阳系可能会成为人类文明永远的家园,因为不掌握超光速,就谈不上探索宇宙,连探索银河系都做不到。