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宇宙到底具体有多大?就算人类1秒飞1光年,要抵达边缘也绝不可能

光速是目前人类已知的最快的速度,它约等于每秒30万公里。这个速度听起来很惊人,但是对于宇宙的尺度来说,还是太慢了。

以光速飞行,从地球到月球只需要不到2秒,但是从地球到最近的恒星却需要四年多,从地球到银河系中心则需要两万五千年,从地球到可观测宇宙的边界则需要465亿年。

那么,假如人类能够发明出可以加速到每秒一光年速度的飞船,会发生什么呢?

以这个速度在太空中旅行,沿途会看到什么呢?我们最终能否抵达宇宙的边缘?

以一秒一光年的速度旅行,我们会看到什么?

我们假设飞船从地球出发,以每秒一光年的速度向外飞行。那么,只需要一秒钟,我们就会到达太阳系的边缘。太阳系的边缘,也被称为是奥尔特云的球体云团。

这里的距离太阳大约是一光年,相当于9.5万亿公里。在这里,我们可以看到一些太阳系最遥远的天体,比如柯伊伯带的小行星和大数量的彗星等。

根据对彗星的实质观察推测,绝大部分的奥尔特云天体都由诸如水冰、甲烷、乙烷、一氧化碳和氰化氢的“冰”组成,所以这里的环境是非常冷的。

这些的形状也很不规则,有的甚至是双星系统,比如冥王星和它的最大卫星冥卫一。这些天体的运行周期都非常长,有的需要几百年,有的甚至需要几千年,才能绕太阳一圈。在这里,我们可以感受到太阳系的广阔和寂寞。

如果我们继续航行,那么7小时后,我们就会到达银河系的中心。银河系是我们所在的星系,它的直径大约是10万光年,也就是说,以光速飞行,从一端到另一端需要10万年的时间。

(影像中心右侧的明亮白色区域有一个超大质量黑洞)

银河系的中心,是一个非常神秘的地方,有着一个质量相当于400万个太阳的超大质量黑洞。这个黑洞被称为 人马座 A*,它是银河系的引力中心,也是银河系最亮的射电源。在黑洞的周围,有着密集的恒星和星团,它们以极快的速度围绕着黑洞旋转,形成了一个巨大的旋转盘。

在这里,我们可以看到一些非常壮观的景象,比如恒星被黑洞撕裂的潮汐现象,黑洞喷射出的高能粒子射流,以及黑洞引力透镜造成的弯曲光线等。在这里,我们可以感受到银河系的繁华和危险。

(星系中心超大质量黑洞的想象图)

如果我们再继续以每秒一光年的速度飞行,那么一个月后,我们就会到达本星系群。本星系群是由50多个星系组成的一个星系集团,它的直径大约是1000万光年,也就是说,以光速飞行,从一端到另一端需要1000万年的时间。

本星系群的主要成员有两个,一个是我们所在的银河系,另一个是距离我们最近的大型星系——仙女座星系,这两个星系之间的距离大约是220万光年,在这两个星系之间,还有一些小型的伴星系,比如小麦哲伦云和三角洲星系等。

(本星系群示意图)

这些星系都是由数十亿到数千亿颗恒星组成的,受它们之间的引力影响,导致了一些复杂的动力学过程,比如潮汐作用、星系碰撞、星系合并等。在这里,我们可以看到一些非常美丽的星系形态,比如旋涡星系、棒旋星系、椭圆星系、不规则星系等。在这里,我们可以感受到本星系群的多样和变化。

如果我们还继续以每秒一光年的速度飞行,那么一年后,我们就会到达本超星系团。它是由数百个星系群组成的一个超大星系团,它的直径大约是1.1亿光年。

(本超星系团示意图)

本超星系团的主要成员有两个,一个是我们所在的本星系团,另一个是距离我们最远的大型星系团——室女座星系团。

这两个星系群之间的距离大约是5000万光年,在这两个星系群之间,还有一些其他的星系群,比如雕具座星系群、南极座星系群、鲸鱼座星系群等。这些星系群都是由数百到数千个星系组成的,它们之间的相互作用,导致了一些大规模的结构,比如超星系壁、超星系空洞、超星系丝等。

在这里,我们可以看到一些非常宏观的宇宙图景,比如本超星系团的形状类似于一个巨大的蝴蝶,它的两翼分别是本星系群和处女座星系群,它的腹部是一些较小的星系群,它的触角是一些延伸出去的星系丝。在这里,我们可以感受到本超星系团的壮观和有序。

那么快的速度会不会导致“穿越”?

我们的旅行还未结束,以光年每秒的速度旅行走了一年居然还没走出本超星系团的范围,可见宇宙的范围令人惊叹。那么有人要问了,以这么快的速度飞行会不会导致穿越呢?

应该是会的,那么为什么这样说呢?要知道光速是我们了解到的最快的速度,而按目前的科学理论来说超越光速从理论上就可以实现穿越时空。

这样讲可能不太直观,给大家举个简单的例子。拿黑洞来说,根据黑洞形成的理论来看,因为天体自我毁灭导致坍缩形成一个致密的奇点,而这个奇点就是导致黑洞产生巨大吸引力的源头所在。

众所周知连光都无法从黑洞中脱身,这说明黑洞引力产生的加速度和其表面的逃逸速度都是超越光速的,所以我们认为是物体是被奇点吸进去的,而被吸进去的物体会撞上奇点,而在碰到奇点后。

受奇点的影响,这些物体会被马上加速到超光速,因为物体进入黑洞后就消失了,而根据现有理论超过光速就会穿越到另一个时空。

所以根据以上的推理,我们就可以对奇点做一个新的定义,奇点是现有时空上的一个破损点。换句话说,黑洞奇点就是时空隧道的入口,所以这种速度会导致穿越。

这么快的速度能够抵达宇宙边缘吗?

直到350年后我们才能到达可观测宇宙的边缘,但这并不意味着我们的旅途就结束了。虽然这个速度足够快,而我们人类目前可观测的宇宙边界为465亿光年,但这并不意味着宇宙的边界,只是观测的边界。

那么我们一直航行下去能到达宇宙的边缘吗?可能并不会,因为宇宙的大小我们无法得知,但是超乎想象的,而且要知道宇宙是在不断膨胀的,这是什么意思呢?

宇宙膨胀是指宇宙中的空间在不断地扩张,导致宇宙中的物质相互远离。宇宙膨胀的理论是勒梅特提出来的,而爱因斯坦在他的广义相对论中也发现了一个方程,可以描述宇宙的动态变化。

爱因斯坦最初认为宇宙是静止的,所以他引入了一个叫做宇宙常数的因子,来抵消宇宙膨胀的效应。然而,1929年,哈勃通过观测星系,发现了宇宙中的星系都在以一定的速度远离我们,而且越远的星系离我们越快。

这就是著名的哈勃定律,它表明了宇宙膨胀的存在。哈勃定律的发现使得爱因斯坦意识到他的宇宙常数是一个错误,他后来称之为他一生中最大的错误。

宇宙膨胀的原因目前还没有一个确定的答案,但是有一些可能的解释。一种解释是基于宇宙大爆炸的理论,它认为宇宙是在137亿年前从一个极小的、极热的、极密的状态开始膨胀的。

在宇宙大爆炸之后的一瞬间,宇宙经历了一个快速的膨胀阶段,叫做暴涨。暴涨的原因可能是由于一种叫做暗能量的神秘物质,它具有反重力的性质,可以使得空间加速扩张。

暗能量占据了宇宙中大约70%的能量密度,是宇宙膨胀的主要驱动力。另一种解释是基于弦论的多元宇宙的理论,它认为我们的宇宙只是一个高维空间中的一个膜,而这个高维空间中还有许多其他的膜,它们之间可以相互碰撞或分离。这些膜的运动可能会导致我们的宇宙膨胀或收缩。

宇宙膨胀的速度是一个非常重要的物理量,它可以反映宇宙的历史和未来。宇宙膨胀的速度可以用哈勃常数来表示,它定义为单位距离上的单位速度,通常用公里每秒每兆秒差距(km/s/Mpc)来表示。

哈勃常数的大小可以通过观测宇宙中的标准烛光来测量,它们是一些具有固定亮度的天体,例如超新星或变脸星。目前,哈勃常数的最新测量值是73.2±1.3 km/s/Mpc,这意味着每相距一兆秒差距(约等于326万光年)的两个星系,它们之间的速度就会增加73.2公里每秒。

然而,哈勃常数的测量值存在一个严重的问题,就是不同的方法得到的结果不一致,这被称为哈勃张力。这可能表明我们对宇宙的理解还有一些缺陷,或者存在一些未知的物理现象。但可以肯定的是宇宙目前还处于膨胀之中,且从宇宙诞生之时就开始膨胀了,可以想象过去了多少年。

本来宇宙的大小就超乎我们的想象,而且宇宙还在不断膨胀的扩大范围,而且膨胀的时间还非常久,所以我们不会到达宇宙的边缘。


参考资料:

1. 你想象中的宇宙有多大?看完这篇,你就知道宇宙有多大了——凤凰网

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