sponsored links

除了光速之外,宇宙中還存在一種速度限制,這才是人類真正的障礙

宇宙到底有多大?這是一個沒有人知道正確答案的問題,我們只知道,僅僅是可觀測宇宙就存在著上萬億個星系,銀河系只是其中之一,而銀河系又擁有數千億個恆星系,其中的一個名為“太陽系”的恆星系中,有一顆藍色的行星,那就是我們的地球。

除了光速之外,宇宙中還存在一種速度限制,這才是人類真正的障礙

上圖為旅行者1號探測器在距離地球大約60億公里的位置上拍攝到的影象,圖中箭頭所指的那個黯淡的光點,其實就是地球。可以看到,即使是在太陽系中,地球也是如此渺小,它就像一粒塵埃一樣漂浮在茫茫的太空中,而就是這樣一粒“塵埃”,卻是我們人類在在宇宙中唯一的家園。

宇宙的浩瀚令人類敬畏,與此同時,這也激發了人類進入星辰大海的夢想,然而人類想要實現這個夢想卻不是一件容易的事情,一個很直接的障礙就是,宇宙飛船的速度並不能無限快。

除了光速之外,宇宙中還存在一種速度限制,這才是人類真正的障礙

現代物理學告訴我們,任何具有靜止質量的物體都不能被加速到光速(注:本文中的“光速”都是指光在真空中的傳播速度),也就是說,人類未來的宇宙飛船是有速度限制的,最多隻能無限地接近光速。

然而想要“無限地接近光速”也不容易,因為宇宙中還存在一種速度限制,並不是光速,而這才是人類真正的障礙。

早在1966年,科學家就發現,除了光速之外,宇宙中還存在一種速度限制,這被稱為“GZK截斷”(GZK cut off),下面我們來看看具體是怎麼回事。

根據“大爆炸宇宙論”,我們的宇宙誕生於一個溫度極高、密度極大的“奇點”所發生的“大爆炸”,由於光速的限制,宇宙誕生初期的光子至今仍然在宇宙傳播,但因為宇宙的膨脹,它們現在已經進入了微波波段,在我們看來,不管是在哪個方向,我們接收到的這種微波輻射都相同的,因此這就被稱為“微波背景輻射”(CMB)。

除了光速之外,宇宙中還存在一種速度限制,這才是人類真正的障礙

“微波背景輻射”的光子充滿了整個宇宙,所有在宇宙空間中運動的物質都將不可避免地與它們相遇,通常情況下,“微波背景輻射”的光子並不會影響到物質的運動狀態,但科學家卻發現,當物質的運動速度超過了一個臨界值時,就會與“微波背景輻射”的光子發生相互作用,而這個臨界值所對應的能量,就被稱為“GZK極限”(GZK limit)。

例如質子的“GZK極限”為5 x 10^19eV(注:eV即電子伏特),如果一個在宇宙空間中運動的質子,其運動速度所對應的能量超過了這個值,它就會與“微波背景輻射”的光子發生相互作用,並生成Π介子,這樣就會造成這個質子損失能量(因為生成的Π介子是有靜止質量的),其速度也會因此而降低。

隨著這個質子持續地與“微波背景輻射”的光子發生相互作用,它就會大量損失能量,並不斷地生成Π介子,直到其運動速度所對應的能量低於5 x 10^19eV為止,這種速度限制就是“GZK截斷”。

一般認為,在宇宙中無論是微觀的粒子還是宏觀的物體,都會受到“GZK截斷”的限制,這就意味著,如果人類在未來製造出的宇宙飛船,其速度所對應的能量超過了“GZK極限”,就同樣也會與“微波背景輻射”的光子發生相互作用,如果持續時間較長的話,宇宙飛船甚至還可能會遭到嚴重的破壞。

除了光速之外,宇宙中還存在一種速度限制,這才是人類真正的障礙

因此可以說,在未來的星際航行中,人類真正的障礙或許並不是光速,因為在“GZK截斷”的限制下,人類甚至連“無限地接近光速”都無法做到。那麼未來的人類應該如何應對這種困境呢?這應該有兩種解決方法,一種是利用某種強大的“能量護盾”將宇宙飛船保護起來。

還有一種方法是透過某種操縱時空的科技讓宇宙飛船繞開速度的限制,例如想象中的“曲率引擎”就能夠將宇宙飛船始終處於一個由扭曲時空形成“曲率泡”裡,並讓前面的空間收縮、後面的空間擴張,從而使宇宙飛船在“相對於其周圍的時空完全靜止”的情況下持續前進。



好了,今天我們就先講到這裡,歡迎大家關注我們,我們下次再見。

(本文部分圖片來自網路,如有侵權請與作者聯絡刪除)

分類: 科學
時間: 2021-10-08

相關文章

宇宙中是否存在一種全是水的星球,就像水珠一樣漂浮在宇宙中?

宇宙中是否存在一種全是水的星球,就像水珠一樣漂浮在宇宙中?
宇宙中是否存在一種全是水的星球,就像水珠一樣漂浮在宇宙中?對於這個問題,可能有人會認為,宇宙大得令人無法想象,其中的星球數量也是多得難以計數,正所謂"林子大了什麼鳥都有",在眾多的 ...

宇宙還存在一個除光速以外的速度限制,這才是人類真正的障礙?

宇宙還存在一個除光速以外的速度限制,這才是人類真正的障礙?
許多科學家認為,這個宇宙應該是一個生機勃勃的宇宙,生命在宜居行星上自然出現的機率接近100%,雖然現實上我們從來沒有找到任何地外生命的蹤跡.科學家們認為,宇宙的範圍太過廣泛,人類其實就像地球上的一窩螞 ...

宇宙中,沒有兩種“湯”是一樣的

宇宙中,沒有兩種“湯”是一樣的
月15日在預印本平臺arXiv中發表的20篇系列論文表明,天文學家已經非常詳細地繪製了行星"託兒所"內的化學物質. 新公佈的圖集揭示了五個原行星盤(行星在年輕恆星周圍形成塵埃和氣體 ...

地球帶著人類在宇宙中奔跑,一天5200萬公里,我們這是要去哪裡?

地球帶著人類在宇宙中奔跑,一天5200萬公里,我們這是要去哪裡?
"坐地日行八萬裡,巡天遙看一千河".這句大氣磅礴的詩句告訴我們,在宇宙中運動是絕對的,靜止才是相對的.宇宙中的一切事物都是在不斷運動著的.即使我們打算"躺平"不 ...

人類有多渺小?看完地球在宇宙中的地位,不得不令人深思

人類有多渺小?看完地球在宇宙中的地位,不得不令人深思
人類到底多渺小?當我們說到這個問題,每個人腦海裡的想法都是一樣.但是客觀地說,無論是誰,都無法真正想象到人類究竟有多渺小!但這個問題可以從"地球有多渺小?"說起. 話說有一張照片叫 ...

你想象過多個宇宙中存在同一個你麼?
經常看好萊塢電影的小夥伴應該有印象,最近幾年的科幻大片很多都與平行宇宙.多元世界有關係,比如<蜘蛛俠·平行宇宙>.<復仇者聯盟4>等等.這些電影都在告訴觀眾,我們生活的宇宙不止 ...

遙遠的射電訊號表明,宇宙中或許藏有許多不為人知的行星

遙遠的射電訊號表明,宇宙中或許藏有許多不為人知的行星
在強大射電天線的輔助下,他們意外發現某些恆星會發出射電電波,這說明宇宙不為人知的角落存在著隱藏的行星. 遙遠恆星的形象. 一直以來,澳大利亞昆士蘭大學的Benjamin Pope博士和荷蘭國家天文臺A ...

比鋼硬100億倍,宇宙中的“最硬”物質!此“硬菜”來自中子星

比鋼硬100億倍,宇宙中的“最硬”物質!此“硬菜”來自中子星
前言 "堅如磐石.無堅不摧.固若金湯.牢不可破--"如果說到這些詞語,你首先會想到什麼?相信大多數人都會想到身邊的堅硬物體,比如岩石.鋼鐵.合金.鑽石等等. 確實,這些物體都非常的 ...

地球帶著人類在宇宙中“奔跑”,一天5200萬公里,有目的地嗎?

地球帶著人類在宇宙中“奔跑”,一天5200萬公里,有目的地嗎?
網路上流行一句話叫:"遇事不決,量子力學."這是用天體力學來對生活中的種種難題進行調侃,彷彿量子力學就能修復一切難言的人生bug. 還有一句話叫:"坐地日行八萬裡,巡天遙 ...

探索高能量密度“宇宙”中的奧秘

探索高能量密度“宇宙”中的奧秘
--記國家自然科學基金創新研究群體專案"高能量密度物理若干前沿問題研究" 創新群體專案成員合影,左六為張傑. 記者 甘曉 宇宙中絕大多數物質均處於高能量密度等離子體狀態,而像地球一 ...

與理論上可能最大的恆星相比較,宇宙中已觀測到最大恆星有多大?

與理論上可能最大的恆星相比較,宇宙中已觀測到最大恆星有多大?
與理論上可能存在的最大的恆星相比,目前探測到最大的恆星有多大? 圖解:一顆恆星的輪迴. 首先,我們需要定義不同類別恆星的測量與相關術語. 太陽半徑與質量: 當我們討論一顆恆星的尺寸時,用我們自己的恆星 ...

比特幣將在元宇宙中扮演什麼角色?

比特幣將在元宇宙中扮演什麼角色?
進入2021年以來,隨著全球經濟社會環境的變化,加密市場內外有關元宇宙的討論愈發熱烈.而在加密市場內,讓我們對於元宇宙能夠產生近距離感受的無疑當屬GameFi.不過,不論是近期大火的Loot還是由Ax ...

人類只是寄生在地球?宇宙中的星球都是食物?

人類只是寄生在地球?宇宙中的星球都是食物?
人類只是寄生在地球?宇宙中的星球都是食物?所有星球的生物都是寄生者?為什麼會有這樣的說法呢?大家好,我是強子.今天我們就來聊聊宇宙是食物的觀點. 世界盡頭的世界 我們生活在這片蔚藍的星球上,日出而作日 ...

除了地球,宇宙中的星球是否還有生命,科學家給出了答案

除了地球,宇宙中的星球是否還有生命,科學家給出了答案
迄今為止,只有地球是唯一擁有生命的星球,但不可否定,廣袤的宇宙也許還有其他的生命體.如今氣候變暖,生態惡化等問題,也迫切需要人類找到類似地球一樣的星球.一個星球若是有水和氧氣,溫度適宜,就有可能存在生 ...

矽基生命可能一直生存在宇宙中,比人類要強大,壽命超百萬年

矽基生命可能一直生存在宇宙中,比人類要強大,壽命超百萬年
一次劇烈的宇宙大爆炸將一切物質地噴灑出來,形成了如今璀璨.廣袤的宇宙,同時也催生出我們最精彩的生命.生命的形式有千千萬,但要說那種是生命更奇妙,那就要屬我們人類了.地球上的生命都是由碳元素為骨骼形成的 ...

宇宙中也存在氣體和粉塵,那麼為什麼說宇宙是真空的?
宇宙中沒有真正的真空,我們也無法制造出那樣的真空,因為在量子力學的世界裡不存在所謂的真空,因為即使在真空中也有瞬間產生的虛粒子又瞬間湮滅,那麼您還認為這樣的空間是真空嗎? 宇宙中的真空是相對我們周圍的 ...

每秒630公里!地球正在宇宙中飛奔,目的地:1.5億光年外的巨引源

每秒630公里!地球正在宇宙中飛奔,目的地:1.5億光年外的巨引源
相對論告訴我們,宇宙中不存在絕對靜止的物體,靜止是相對而言的,運動才是絕對的.當我們在地球上坐著不動時,地球其實正帶著我們在宇宙中高速飛行,最快速度相當於每天前進5440萬公里,而我們對此卻全然不知. ...

創造人類、吊打鐵血、異形宇宙中的“神”——工程師

創造人類、吊打鐵血、異形宇宙中的“神”——工程師
起源故事 雖然在<異形1>中便有過露面,但是工程師的正式亮相應該還是在異形前傳故事<普羅米修斯>中,工程師又可稱為"飛行員",因為他的初次登場便是在飛船的巨 ...

宇宙中的暗物質
在物理學中,把狀態變化的"轉折點"稱為"臨界點",比如水變成冰,溫度臨界值(或者說"臨界點")為0℃.宇宙學的研究認為,宇宙中物質的平均密度 ...