對於人類而言,每秒能夠前進大約30萬公里的光速非常之快。只要不到0.14秒的時間,光就能繞著地球赤道(赤道半徑6378.1公里)旋轉一週,每秒可以繞行將近7.5周。地球上無論相隔多遠的地方,以光速前進總能快速到達。
即便到了太空中,光速仍然很快。人類發射的火星探測器飛到火星通常需要半年的時間,如果以光速前往火星,即便是地火最大的4億公里距離,所需的時間也只要22分鐘。旅行者1號以17公里/秒的速度飛出半徑1光年的太陽系需要耗時1.8萬年,但以光速飛行只要1年的時間。
然而,進入更加浩瀚的星際空間之後,宇宙距離之遠,使得光速也變得“慢如蝸牛”。從太陽系到銀河系中心,以光速前進需要2.6萬年的時間才能到達。從銀河系盤面的邊緣到達另一邊緣,光至少需要走10萬年的時間。
在銀河系之外,將是廣袤無垠的星系際空間。那裡的空間極其空曠,只有一些密度極低的氣體雲和光子。星系與星系之間相隔都非常遙遠,如果以光速前往距離我們最近的大型河外星系——仙女座星系,所需的時間將會是254萬年。當然,實際時間可能會更短一些,因為仙女座星系正在朝著銀河系運動。
在2億光年之外,一個巨大的引力中心——巨引源,正在把銀河系吸引過去。如果以光速前進,則需要2億年的時間才能到達。在這麼遠的距離下,空間膨脹速度非常快,實際所需的時間要長於2億年。
如果要到可觀測宇宙的邊緣,光速前進則需要465億年。要知道,宇宙誕生到現在所過去的時間也只有138億年,所以光最遠只能前進138億光年。我們之所以能夠看到可觀測宇宙的邊緣,並不是因為那裡發出的光走完了465億光年的距離,而是因為宇宙超光速膨脹,導致當年發光的位置退行到遙遠的地方。
正是由於空間超光速膨脹,宇宙的實際範圍要遠遠大於可觀測宇宙。據估計,從整個宇宙的一端前往另一端,光需要耗時23萬億年才能到達,這還是在不考慮宇宙膨脹的情況。事實上,由於宇宙膨脹速度比光速還快,這導致光永遠也不可能從宇宙的一端傳播到另一端。
在整個宇宙之外,還有什麼,目前並不知道。或許什麼也沒有,或許還有平行宇宙。總之,宇宙之大遠遠超出我們的想象。
由此可見,光速在宇宙中真的非常慢。而相對論表明,光速是宇宙最快的速度,超光速被認為是不可能的,宇宙飛船這樣有靜質量的物體甚至就連光速都不能達到,只能無限接近。
那麼,這是否意味著宇宙大到永遠也無法被探索完呢?甚至我們就連銀河系都無法走遍呢?
雖然相對論限制了極限速度,但並沒有限制我們探索宇宙。根據狹義相對論,只要宇宙飛船的速度足夠接近光速,飛船上的時間變得足夠慢,這樣就能在有限的時間飛到遙遠的宇宙中。
另一方面,廣義相對論表明,我們可以透過操縱空間來實現超光速飛行,這就是曲速飛行。利用具有負能量密度的奇異物質,可以擴張宇宙飛船後方的空間,並壓縮宇宙飛船前方的空間,這可以讓遙遠的宇宙以超光速朝著飛船而來。
理論上,負物質不但可以實現曲速飛行,而且還能開啟星際航行的終極通道——蟲洞,它可以讓我們去往任意遙遠的宇宙。霍金認為,宇宙中會自發地產生蟲洞,只是它們的尺寸太小,無法用於星際飛行,只有找到負物質開啟更大的時空通道才行。
目前,人類還沒有找到終極的物理學理論,因為引力還沒有被統一起來。宇宙中還存在更加深層次的執行機制,如果我們能夠找到,也許人類文明就能發展成為宇宙中的“神級文明”,探索宇宙將猶如探囊取物一樣簡單。