宇宙浩瀚無邊,自人類開始認識宇宙以來,就對星辰大海充滿了嚮往。然而,在這廣闊宇宙的背後,卻隱藏着一個對人類來説難以達到的條件——距離。我們都知道,宇宙自誕生開始就在不斷膨脹當中,而且膨脹的速度越來越快。這意味着如果人類的速度不能超過宇宙膨脹的速度,那麼我們將永遠不知道宇宙有多大,更不會知道宇宙外面到底有什麼。
光速是一個物理學名詞,指的是光波在介質中的傳播速度,光在空氣中的傳播速度是3.0×10^8m/s,在通過其他介質時,光的速度就會變慢,比如光在玻璃中的傳播速度就會降到空氣中的三分之二。光在真空中的傳播速度是299,792,458 m/s,這個速度是目前自然界中物體運動的最大速度。
阻力是一種效果力,我們可以把它簡單理解為一種阻礙相對運動的力。以空氣阻力為例,空氣中的阻力是由於物體與空氣的互相作用引起的。假設物體的運動速度相同,空氣越濃密,物體在相同時間內撞擊到的空氣分子越多,阻力就越大。就正在加速的物體而言,如果加速保持不變,在空氣越稀薄的地方運動受到的阻力就越小,速度也就越快。
按道理來説,宇宙是真空的,物體在沒有阻力的真空中飛行速度會越來越快,加速到光速,最後無限加速到超過光速。但事實上,人類發射的太空飛船在沒有空氣摩擦的宇宙中卻根本無法達到光速,甚至連光速的20%都達不到,這是為什麼呢?
我們總是認為物體在空氣中遇到的阻力都來自空氣,其實這種想法是錯誤的。就算宇宙是一個真空的環境,裏面什麼物質都沒有,物體在宇宙中也不可能做到無限加速。舉個例子,1969年美國宇航員阿姆斯特朗第一個踏上了月球,當他第一次在月球上跳起時,並沒有直接飛到太空中去,其主要原因不是因為月球上稀薄的氣體成為了他的阻力,而是月球的引力變成了他的阻力。
根據萬有引力理論,任何物體只要有質量就存在引力,宇宙中的日月星辰更是如此。如果你身處某個星球的萬有引力範圍內,就會受到這個星球萬有引力的影響。所以當阿姆斯特朗在月球上跳起時,月球的引力向下拉扯他,讓他上升的速度越來越慢,最後回到月球的表面。
再來説説宇宙的真空,實際上宇宙中很難形成真正的“真空”。我們所説的真空是空間裏不存在空氣,但是宇宙中即使沒有空氣,還是存在着許多我們肉眼無法看見的輻射、例子和各種各樣的宇宙射線。真實的宇宙中間並不像我們在太空望遠鏡裏看到的那樣空曠寂寥,反而更像是一個熱鬧非凡的派對。所以當我們的太空飛船在宇宙中高速運動的時候,就會和宇宙中的各種物質發生摩擦與碰撞,最後減慢自己的速度。
千萬不要小看宇宙中那些我們看不見的“小東西”,就算是一個只有在顯微鏡下才能被發現的氫原子,都會對高速行駛下的太空飛船造成難以想象的破壞。就像高速飛行的飛機被小鳥撞壞一樣,如果只是看到靜止的飛機和小鳥,你很難想象一隻小鳥會對飛機這樣的龐然大物造成什麼傷害。而且飛船在宇宙中的飛行速度越快,這種破壞就越大,所以“光速”對現在的我們來説真的是一種無法觸及的速度。
拋開我們如何在短時間裏克服光速帶來的影響不談,如果人類飛船的速度達到了光速,又會是一番什麼樣的景象呢?
根據愛因斯坦的相對論,速度越快的物體時間流逝得越慢,當一艘飛船的速度達到光速,那麼對於飛船上的人來説,時間就停止了。1971年,科學家將四台原子鐘放在飛機上,讓飛機圍繞赤道環球飛行;地面上留下一台原子鐘作為標準鍾,最後看飛機上四台原子鐘和地面上原子鐘的時間差異。結果表明,飛機上的原子鐘時間比地面上的原子鐘時間更慢,
可能有朋友會問,如果人類達到了光速,會不會像科幻電影裏那樣回到過去或者穿越未來呢?
答案可能沒有你想的那麼簡單。如果太空中的飛船達到了光速,那麼你會發現飛船上的時間將不再流逝。但是對於地球上的人來説,無論飛船上的時間停止了多久,地面上的時間還是正常運行的。所以當你在太空飛船上度過了一年的光速旅行再回到地球后,你會發現地球上的時間已經過去了一年。也就是説,你穿越到了一年後的未來。
按照這個理論,如果人類的速度達到光速,穿越未來的確可以實現,但是卻無法回到過去。其實這也符合宇宙本身的規律,畢竟如果我們回到過去改變了歷史,現在的我們是否存在都是個未知之數,那麼又是誰回去過去改變了歷史呢?
總的來説,以人類目前的科技還遠遠達不到光速,光速仍然是宇宙中最大的運行速度。