我們常常會說,一山更有一山高,每個人觀察世界的角度都被自己的眼界限制,就像是地球上的最高峰是珠穆朗瑪峰,但是宇宙中有無數的類地行星,很多星球上的山峰都要比珠穆朗瑪峰高,很多時候並不是答案不正確,只是看待問題的角度不同。
就算人類未來不斷髮展,也很難找到宇宙的極限,但是早在上個世紀人類就已經找到了宇宙中速度的極限——光速,光速是恆定的,也是人類發現的宇宙極限速度,並且有質量的物體無法達到光速。
通常情況下,我們說的光速是指光波或者電磁波的傳播速度,在真空中的光速就是目前我們發現的物體運動最快速度,光速和任何速度相加,只能得到光速,光速的增加不遵從牛頓的經典力學,這就是為什麼經常有人說愛因斯坦顛覆了牛頓的經典力學宇宙,畢竟愛因斯坦的相對論在很多方面都指出了牛頓經典力學的錯誤。
在網上有著這樣一個問題,一個人乘坐光速飛船,在宇宙中飛行一年後,地球上過了多久?
首先思考這個問題,要忽略“有質量的物體無法加速到光速”,畢竟只是一個思想實驗,無法做到百分百的嚴謹,為什麼有質量的物體無法達到光速呢?因為隨著速度的增加,物體的質量也會不斷增大,在接近光速的過程中,質量會逐漸趨於無限大,例如99.99%光速,質量就幾乎趨於無限大了,在接近光速的過程中每突破一點點,都是對能源和材料巨大的考驗。
其實關於光速的問題,早就有人針對狹義相對論中的超光速問題提出了疑問,著名的“雙生子佯謬”就是一個關於光速的思想實驗,只不過在這個問題中,飛船速度是0.9999光速,並沒有達到光速。在物體運動接近光速的過程中,不僅僅質量會發生變化,時間也會因為速度的加快發生變化。
通常情況下,我們把這種現象稱為“鐘慢效應”或者是“時間膨脹”,很多證據都證明,在速度發生變化後,時間也會發生變化,只不過這個時間變化對於運動物體本身沒有任何影響,只會對觀察者的座標系產生影響,這句話或許有些難以理解,我們舉一個簡單的例子。
一對雙胞胎兄弟,弟弟留在地球,哥哥乘坐一艘0.9999光速的飛船,向著一個方向飛行一年,然後極速返回,對於哥哥來說,自己在飛船上只過了兩年的時間,但是對於弟弟來說,他在地球上等了70年,哥哥才回到了地球,如果兩人分開時都是20歲,哥哥回來的時候22歲,弟弟卻已經90歲高齡了。
這就是未來人類探索宇宙面對的最大難題,如何在達到光速甚至超越光速的同時,可以忽略掉質量和時間的變化,現在的我們不能斷言未來的科學家做不到,但也無法想象怎麼才能突破這些限制。對於現在的人類來說,光速就像是放在我們面前的一個障礙,需要我們想盡辦法突破或者繞行。
1930年愛因斯坦和納森羅.森在研究引力場方程時提出,蟲洞或許可以成為人類未來進行瞬間空間轉移的通道,甚至可以利用蟲洞達成時間旅行。同時蟲洞也是連線不同宇宙之間白洞和黑洞的通道,只不過這種由暗物質維持的時空間隙通常是轉瞬即逝的,而人類想要接近黑洞和白洞,可能遠比超越光速要困難。
那麼再回到文章開頭的問題,如果一個飛船達到光速飛行一年,地球上過去了多久?就像是隨著接近光速物體的質量會變得無限大一樣,對於旁觀者來說,在這個飛船達到光速後,一切的時間就進入了“永恆”。前文在達到0.9999光速後,時間的偏差是70年,小數點每增加一位,這個時間都會增加,而小數點有無限多的數字,因此時間也會無限增大,在飛船達到光速後,就會進入時間和空間的悖論中,如果乘坐這樣的飛船在宇宙中旅行,回到地球后就再也無法見到家人了。
對於地球上的人類來說,這個達到光速的飛船就等於永遠消失了。對於人類來說,我們生活的宇宙還有太多的謎題,或許真的和絃理論中描述的宇宙一樣,我們可以感受到的宇宙只是多維宇宙中的一個維度,我們只能理解這個維度中發生的一切,而宇宙的真相是我們永遠無法理解和思考的。