人類真的永遠到不了宇宙邊緣嗎？

我說人類啊 向來對宇宙充滿了好奇 從老早以前就開始琢磨這宇宙到底有多大 有沒有邊界 要是有 那邊界之外又是什麼樣呢 但很遺憾 我得跟大夥說 以咱們目前對宇宙的瞭解 人類永遠也到不了宇宙的邊界 這可不是我瞎掰 背後可有不少原因呢 宇宙學上有個最基本的原理 叫各向同性 也就是無論觀察者身處何地 無論觀察方向如何 宇宙總是以同樣的方式呈現給觀察者 以地球為原點 半徑465億光年畫一個球體 就是現在宇宙學觀測的極限 也叫哈勃體積 就拿距離來說吧 宇宙實在是太大了 大到咱們根本沒法想像 你看太陽系 已經夠大了吧 1977年發射的旅行者一號 到現在都飛了40多年了 離地球都有230億公里遠了 可這點距離 在太陽系面前根本不夠看 它要想真正飛出太陽系 還得上萬年呢 要是把眼光放遠點 看看恆星系統 離咱們最近的恆星系統是比鱗星 它離地球大約4.22光年 啥概念呢 就是光從那跑到地球 都得4年多 而咱們要是想飛出銀河系 最少得3000年 要是想去離咱們最近的仙女座星系 好傢伙 得254萬年 這還只是咱們能看到的宇宙的一小部分 人類可觀測宇宙的直徑達到了930億光年 就算以光速飛行 也得930億年才能跑完這段距離 但現實更殘酷 就算你真以光速飛930億年 也到不了可觀測宇宙的邊緣 為啥呢 因為宇宙可不老實待著 它還在不停地膨脹呢 1929年的時候 有個叫哈勃的科學家 通過觀測遙遠星系的紅移現象 發現宇宙中的星系都在離咱們遠去 而且離得越遠 跑得越快 這就說明宇宙一直在膨脹 而且膨脹速度在一定距離之外 甚至超過了光速 這你可能就納悶了 不是說光速最快嗎 其實宇宙膨脹是空間在擴展 這和愛因斯坦相對論裡說的光速最快不衝突 根據2013年歐航局普朗克衛星測出來的哈勃常數 宇宙膨脹速率大概是 67千米每秒每百萬秒差距 也就是說 每326萬光年的距離上 宇宙膨脹速度就會增加67千米 這麼一算 在距離地球145億光年外的宇宙區域 宇宙膨脹速度就已經超光速了 在930億光年處的空間 膨脹速度更是光速的好幾倍 所以啊 那些距離我們超過930億光年的星系發出的光 永遠也到不了地球 就算我們開著光速飛船使勁往宇宙邊緣飛 最後也會因為宇宙超光速膨脹 永遠也看不到 更到不了那些地方 除了宇宙膨脹 還有個問題 就是咱們目前能達到的速度太慢了 根據愛因斯坦的相對論 任何有靜止質量的物體 速度都超不過光速 為啥呢 因為物體速度越快 質量就越大 當速度達到光速的時候 動質量就趨於無限大了 這就意味著得用無限大的能量去推動它 可哪來的無限大能量呢 所以有靜止質量的物體根本沒法達到光速 就拿現在飛得最快的旅行者一號來說 速度大概是每秒17公里 以這速度 要到比靈星得7.6萬年 到銀河系邊緣得5.8億年 到可觀測宇宙邊緣更是得2.7萬億年 這時間遠遠超過了人類的壽命 甚至比人類文明存在的時間都長太多了 不過呢 人類的想像力和探索精神可不會被這點困難嚇倒 雖然現在看來 宇宙邊界咱們是到不了了 但也有人提出了一些辦法 說不定以後能行呢 比如說蟲洞和驅速飛行 這兩個概念都和時空有關 愛因斯坦說時空不是分開的 是一體的 而且還能被彎曲 蟲洞就是把時空折疊起來 把空間距離縮短 驅速飛行呢 是壓縮前方空間 騰佔後方空間 來實現距離縮短 這兩種方式都沒超光速 所以不違反相對論 但這些目前還只是理論上的東西 要真實現 還有太多難題等著我們去攻克呢 宇宙的奧祕就像一座 永遠也挖不完的寶藏 雖然我們可能永遠到不了宇宙邊界 但探索宇宙的過程 就是我們不斷認識世界 提升自己的過程 說不定每天 人類真能找到突破這些限制的辦法呢 但是需要注意的是 可觀測宇宙只是全宇宙的一小部分 所以它的邊界也絕不是宇宙的邊界 就像飛出地球不是飛出太陽系一樣 根據愛因斯坦的廣義相對論 天文學家認為宇宙的體積是有限的 但它的邊界是無限的 我們用螞蟻舉例子 如果把小螞蟻放在氣球表面 它會向任何可以想像的方向 跑任意長的時間 而不會遇到一個確定的邊緣 因此在昆蟲看來 它就像在一個無限大的結構上移動 現在的我們就是宇宙中的螞蟻 就算是駕駛光速飛船 我們也不可能飛出本宇宙 甚至連任何阻礙都遇不到 因為宇宙是一個閉合的窮面 我們實際上是在環宇宙航行 最終只會回到起點而已 宇宙學家安德烈·萊恩認為 我們的宇宙並不代表萬物的總和 而只是無限的子宇宙鏈條中一個無限小的環節 因此自大爆炸以來 宇宙的大部分將繼續以膨脹的方式擴張 而這種發展只會在一些氣泡狀的部分區域停止 所以每個宇宙世界都可能包含自己的自然常數值 因此也包含完全不同的物理定律 從理論上講 各個部分宇宙甚至有可能相互接觸 比如我們宇宙現階段的膨脹 就有可能在未來跟另一個宇宙合併 而不是無限膨脹下去 但是如果宇宙無限膨脹 那麼膨脹得越快 它就會變得越冷 因為暗能量的影響加速了宇宙的膨脹 根據我們目前的知識水平 各個星系之間的空間也將不斷增加 因此光子最終將紅移到無法辨認的程度 一旦形成新恆星的氣體用完 已經存在的天體消失 宇宙就會變得一片黑暗 在這種情況下 飛船的速度肯定是跑不贏宇宙走向終結的速度的 還有一些天文學家認為 宇宙的終結絕不是不可逆轉的終結 而是為新宇宙的誕生鋪平了道路 因此實際上宇宙處於一個穩定的衰落和上升的循環之中 這種節奏的轉變點不能稱為大爆炸 而應該稱為大反彈 也就是從膨脹到坍縮到再膨脹的過程 在光速限制每秒30萬公里的情況下 宇宙的邊界更像是一個水裡的月亮 我們能肯定它存在 但是到達它首先就需要超光速 而這又是不可能的 所以在可以預見的未來 有關宇宙邊界的一系列問題 都還只能是未解之謎 就算達到光速 也到不了宇宙的邊緣 這個問題不像外星人存不存在那樣刺激獵奇 也不像黑洞能不能穿越那樣引發暢想 它更像一個被時光長河掩蓋的問題 隱密安靜卻沉重的足以打碎人類所有的技術幻想 我們向著宇宙邊緣望去 卻很可能要接受一個事實 那就是無論人類未來科技如何發展 我們可能永遠都無法抵達宇宙的盡頭 這並不是某種悲觀主義的誇張 而是物理法則的冷酷回答 在說到我們是否能到達宇宙邊界之前 我們得先問問 宇宙真的有一個邊界嗎 在直覺上 人們總是把宇宙想像成一個巨大的空間容器 就像一個氣球那樣 裡面裝著恆星、星系和一切物質 而邊緣就是那氣球的外皮 但現代宇宙學給出的答案卻非常反直覺 宇宙很可能是無邊的 同時又有限的 根據愛因斯坦的廣義相對論 以及後來的宇宙學模型 人們發現 宇宙可能是一個有限卻無邊的結構 就像三維空間彎曲在更高維度中的球面 就像地球 表面有限但沒有邊 你在地球上只走一圈 還是會回到原點 同樣的 宇宙可能也是一種四維球的表面 有限但是無邊 這已經是我們對宇宙邊界的第一次認知打破 它不是一個物理的盡頭 而是我們思維上的一個錯覺 我們現在能看到的最遠之地叫做可觀測宇宙 也就是從地球出發 光線在138億年的時間裡 能夠抵達我們的這一部分宇宙區域 值得注意的是 由於宇宙在不斷地膨脹 那些在138億年前發出光的信息 現在已經遠遠飛離了我們 根據哈勃常數的估算 目前可觀測宇宙的半徑大約為465億光年 也就是說 我們可以看到的最遠距離是465億光年處 而不是138億 這並沒有違反光速極限 因為是空間本身在膨脹 不是光線飛行超速 就像在氣球表面畫點 氣球一吹大 兩個點之間的距離可以瞬間變遠 那如果我們繼續再往外走 會看到什麼 可能什麼也沒有 不是說那裡是空的 而是說那裡的光線根本來不及到達我們眼前 它們甚至在我們誕生之前就已經離開了它們的星系 穿越了空無一物的深空 結果還在半路上被膨脹的宇宙拽得越來越遠 永遠也無法抵達我們所在的地球 所以 我們所謂的宇宙邊緣不過是我們認知的邊緣 是一堵由時間和光速共同構成的透明之牆 或許你會想 哪怕再遠 我們也可以用飛船慢慢接近吧 理論上來看 確實是這樣的 但我們依然面臨著一個問題 那就是宇宙並不是靜止的 它在以一種驚人的速度加速膨脹 自從1998年科學家通過觀測LA型超新星發現宇宙加速膨脹以來 整個物理學界都被這個事實震撼了 我們原本以為在宇宙大爆炸之後 由於引力作用 會逐漸減速 甚至可能收縮回去 但結果卻正好相反 它不僅沒有減速 反而是越來越快的膨脹 而且這種膨脹還在持續不斷地加速 科學家們認為 是宇宙中的暗能量物質在推動宇宙向外膨脹 它佔據了宇宙總能量的68%左右 它的性質至今仍然是個謎 但它的存在是無法否認的事實 也正是因為它的存在 宇宙的膨脹速度不僅沒有減緩 反而越來越快 這就意味著 我們今天看到的那些距離我們400億光年以上的星系 正在以超過光速的速度遠離我們 是的 你沒聽錯 它們正以超光速離開我們 這時候有人會說 宇宙中最快的速度不是光速嗎? 其實這並不違反相對論 因為它們不是穿越空間 而是隨著空間一起被拉遠 於是我們又一次被現實打臉 宇宙的邊界不是一個固定的位置 而是一個正在加速後退的終點 你永遠追不上它 即使我們暫且不談空間膨脹的影響 我們也可以來看看技術上的極限 目前人類最快的航天器是NASA的帕克太陽探測器 它在接近太陽時 依靠太陽的引力速度可達每小時69萬公里 約為光速的0.064% 也就是說 哪怕我們用盡全力加速 也僅僅是光速的萬分之六 假設我們能製造出一個能夠達到光速的飛船 即使要飛到465億光年遠的地方 也需要465億年 而在我們趕過去的這段時間裡 那個地方已經被膨脹拉到更遠了 而如果我們真的派出一艘亞光速飛船 比如光速的10% 那它飛一光年就要10年 飛10億光年就要100億年 宇宙在這期間早就變得面目全非 甚至可能已經進入熱季的終局 另外還有一個問題就是讓誰來駕駛這艘飛船 人類壽命上百年都算奇跡 我們又如何橫跨宇宙 是依靠冷凍睡眠還是人工智能機器人呢 這些方案在理論上可以存在 但每一個都伴隨著巨大的倫理、資源、技術難題 另外說到熱季 這是一個更令人沮喪的答案 宇宙是有壽命的 根據熱力學第二定律 所有的系統都會走向上增 直到最後熱平衡為止 宇宙也同樣不例外 如果沒有新的物理突破 也沒有外部能量注入 宇宙最終將走向熱季 屆時所有的恆星都會熄滅 黑洞會蒸發 物質分崩離析 最後只剩下接近絕對零度的稀薄輻射 科學家估計大概會在一個叫古格爾年的時間點之後 也就是一後面跟著一百個零的年數 那個時候宇宙將走向終極的寂靜 而在那之前的數百億年裡 銀河系會與仙女座碰撞 太陽也會膨脹成紅巨星吞噬地球 人類要想在宇宙中生存下去 不僅要飛出太陽系 更要不斷遷徙 逃離不斷死去的星系 如果我們連太陽系都還未走出 又如何談抵達宇宙的盡頭呢 事實上 宇宙最大的邊界不是空間 也不是時間 而是我們的認知本身 我們的大腦是被地球尺度馴化的 我們能理解日升日落 年復一年 天高地厚 但當我們試圖理解百億光年宇宙 泡沫結構 多重宇宙這些尺度時 我們就像螞蟻在看一臺計算機 只能感受到外殼 而無法理解裡面的系統 物理學家赫爾曼·萬爾曾說 宇宙的不可思議在於它竟然能被理解 但理解不等於抵達 就像你可以理解一個圓球是沒有邊的 卻永遠走不到盡頭一樣 宇宙可能永遠是一個你知道存在 卻無法觸碰的謎團 那既然宇宙沒有盡頭 或者 我們永遠到不了它的盡頭 我們又為何如此執著並苦苦尋找呢 或許 這正是人類之所以為人的原因 我們是一種會仰望星空的物種 我們在蒼茫中找尋意義 在未知中追尋歸屬 我們永遠無法抵達宇宙的邊界 但我們可以不斷擴大認知的邊界 哪怕只是一毫米 哪怕只是一點點 就像伽利略第一次把望遠鏡對準夜空 向哈勃拍下深空中的光點 像韋伯望遠鏡窺見131年前的光芒 我們的每一次凝望 都是一次靈魂的遠行 也許宇宙的邊界不在465億光年外 而是在你我心中 只要我們願意探索 願意懷疑 願意向未知張開雙眼 那麼人類文明就永遠在朝邊界前進 不是用飛船 不是用引擎 而是用思想 而正是這份思想 讓我們在這片暗夜星海中成為了 唯一會問出宇宙的邊界在哪的存在