自歷史發(fā)端，人類便不斷探索與研習(xí)著世界的奧秘。幾千年的科技進步使得我們得以跨越地球的界限，步入宇宙的廣闊。當(dāng)我們邁出地球，遨游在宇宙的壯麗之中，人們的好奇心被宇宙的遼闊深深吸引。人們思索著，這個無盡的空間究竟有多大？在宇宙的無數(shù)星體中，除了地球，是否還存在著其他生命？科學(xué)家們的研究揭示了宇宙的浩瀚無垠。它是一個包含無數(shù)星體的星際空間，這些星體包括恒星、行星、彗星、小行星、中子星和黑洞等。這些都是宇宙大爆炸的產(chǎn)物，而地球，只是太陽系中的一顆行星。

▏旅行者號

面對如此浩瀚的宇宙，人類和地球都顯得無比渺小。為了揭開宇宙的神秘面紗，科學(xué)家們付出了巨大的努力。46年前，科學(xué)家們發(fā)射了旅行者1號和2號探測器，目標(biāo)直指太陽系之外的宇宙奧秘。在發(fā)射之前，科學(xué)家們在探測器上安裝了一張金唱片，它的直徑為12英寸，鍍金表面，內(nèi)藏金剛石留聲機針。這張唱片即使在10億年之后，音質(zhì)依然如新。唱片中包含了55種人類語言的問候語和各種音樂，還有115幅影像，包括太陽系各行星的圖片和說明等。這些信息旨在向外星人傳達太陽系中存在著生命。

然而，這引發(fā)了一個問題，即使外星人發(fā)現(xiàn)了這張金唱片，它們能理解上面的內(nèi)容嗎？為了解決這個問題，天文學(xué)家卡爾·薩根與相關(guān)部門合作制作了一個特殊的封面。這個封面上有許多符號，左上角的原型用二進制數(shù)字表示了唱片的正常運轉(zhuǎn)速度，為3.6秒/轉(zhuǎn)。右下角的兩個連接的圓圈代表了氫原子的低能狀態(tài)。科學(xué)家還在唱片的左下角刻錄了放射性圖案，這個圖案以銀河系中已知的14個脈沖星的位置來表示太陽系的位置，用二進制數(shù)字表示其脈沖星的周期。卡爾·薩根認(rèn)為，只要遇到先進的文明，探測器就有可能被捕捉到，它所攜帶的金唱片就可能會被播放。盡管已經(jīng)過去了這么多年，旅行者1號探測器仍然沒有完全脫離太陽系。據(jù)科學(xué)家計算，按照其當(dāng)前的飛行速度，完全飛出太陽系至少需要上萬年的時間。

▏光速的探索

對于人類來說，這個時間跨度實在太長，因此若要人類探索太陽系以外的宇宙，我們需要達到接近光速的飛行速度，每秒30萬公里，這是目前所知宇宙中最快的速度。然而這個速度已經(jīng)超出了人類的想象。最早測量光速的科學(xué)家伽利略在1638年曾嘗試一個著名的實驗，他們登上兩座相隔甚遠山峰，每組使用一個光源——煤油燈，并對其進行了小改造，加裝一個滑蓋使得燈光能夠開關(guān)控制，通過迅速開關(guān)滑蓋使得燈光呈現(xiàn)閃爍效果。在這個實驗中，除了兩盞煤油燈之外，他們還使用了兩個相同的鐘擺計時器進行精確計時。

他試圖通過記錄燈光開啟和關(guān)閉的時間差來測量光速，但這個辦法因為人類反應(yīng)速度和光速的巨大差異而無法成功。隨后，1676年，奧勒·羅默首次實現(xiàn)了對光速的測量。他觀察木星的衛(wèi)星一，當(dāng)衛(wèi)星一轉(zhuǎn)到木星背后時，就會被遮蔽，產(chǎn)生衛(wèi)星蝕。隨著地球在公轉(zhuǎn)軌道上靠近木星，從地球上觀測到衛(wèi)星蝕之間的時間間隔逐漸縮短。而當(dāng)?shù)厍蜻h離木星時，衛(wèi)星蝕的時間間隔則逐漸變長。羅默根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出，當(dāng)?shù)厍蚓嚯x木星最近時，衛(wèi)星蝕比按照公轉(zhuǎn)周期預(yù)測的時間提前了約11分鐘。而當(dāng)?shù)厍蚓嚯x木星最遠的時候，衛(wèi)星蝕比預(yù)期的時間晚了11分鐘出現(xiàn)。羅默發(fā)現(xiàn)累積的時間大約是22分鐘，他認(rèn)為這22分鐘就是光在地球公轉(zhuǎn)軌道上傳播的時間。之后羅默計算出來的光速大約是每秒22萬千米，然而這個數(shù)據(jù)與現(xiàn)代的數(shù)據(jù)相差甚遠。

在1950年，艾森提出了空腔共振法來測量光速，最終得出的光速值大約是每秒299792457.4，這個數(shù)值與現(xiàn)代的光速基本一致。然而，對于現(xiàn)代人類科技來說，達到光速或者亞光速飛行仍然是一個遙不可及的目標(biāo)?？茖W(xué)家們正在積極探索突破光速的奧秘，但想要實現(xiàn)這一目標(biāo)卻是相當(dāng)困難。

▏時間是否是恒定的

在光速和亞光速的世界里，參照系的選擇顯得尤為重要。如果你乘坐一艘光速飛船離開地球，一分鐘后返回地球，你的一分鐘和地球上的一分鐘是否相等？
根據(jù)牛頓的時空觀，無論你以多快的速度離開地球，時間都是不會改變的。牛頓認(rèn)為時間是一種無論如何都會流動的真實存在，他在自己的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中寫道：絕對的、真正的和數(shù)學(xué)的時間自身在流逝著，且由于其本性而在均勻的、與任何外界事物無關(guān)的流逝著。除了亞里士多德提出的相對時間，牛頓還認(rèn)為存在一種絕對的時間（同時存在絕對的空間），這個時間獨立于事物及其變化，即使事物沒有發(fā)生運動變化也會流逝。

在我們的宇宙中，時間的概念一直以來都是我們探索和追尋的焦點。牛頓的理論為我們揭示了一個普遍適用于所有人的時間概念，無論貧富，時間總是以相同的速度流逝。然而，隨著愛因斯坦的相對論的出現(xiàn)，這個傳統(tǒng)理論被打破了。在愛因斯坦的理論中，他提出了一個令人震驚的觀點：時間會膨脹。這個觀念表明，一個人觀察到的時間會因為他的速度和受到的引力影響而發(fā)生變化。這也就意味著，時間不再是絕對不變的，而是相對的，可以因為觀察者的不同而發(fā)生變化。

當(dāng)一個觀察者處于高速運動狀態(tài)或者強引力場時，他們所感知的時間就會變得極其緩慢。愛因斯坦的相對論將時間和空間視為統(tǒng)一時空，時間和空間的度量取決于觀測者的相對運動狀態(tài)。根據(jù)這個理論，我們將會發(fā)現(xiàn)不同的觀察者所感知的時間流逝速度可能是不同的。當(dāng)一個觀察者處于高速運動或者強引力場時，他們的時間就會變得很慢。狹義相對論和廣義相對論是愛因斯坦理論中的兩個重要概念，它們描述了兩種引起時間膨脹的情況：速度和引力。在這個框架下，時間的流逝速度可以被視為由兩個因素決定：物體的運動速度和它所受到的引力（質(zhì)量）。如果物體的運動速度越快，或者它所受到的引力越大，那么時間膨脹的效應(yīng)就會越明顯。

想象一下，如果你乘坐一艘飛船在宇宙中飛行，速度是每秒0.5光年，你打開手電筒，按照我們通常的理解，手電筒發(fā)出的光的速度應(yīng)該是飛船速度加上光的速度，也就是1.5光年。但事實上并不是如此，光的速度還是每秒30萬公里，這是因為光速是恒定不變的。在這個例子中，我們可以看到愛因斯坦的理論如何改變了我們對時間的理解。不再是所有人共享同一個時間，而是每個人的時間都有所不同，取決于他們的運動狀態(tài)和所處的引力場。愛因斯坦的理論為我們揭示了一個全新的宇宙圖景，讓我們對時間和空間有了更深的理解和認(rèn)識。

我們通常使用的速度疊加公式實際上是伽利略變換，它僅在低速世界中有效。一旦進入亞光速世界，它就不再適用。通過愛因斯坦的相對論，我們可以得出光速是恒定不變的。但當(dāng)你乘坐光速飛船離開地球時，飛船上的時間流逝要比地球上的時間慢很多。根據(jù)時間膨脹效應(yīng)公式，當(dāng)飛船的飛行速度達到光速的0.5倍時，時間膨脹效應(yīng)為1.15倍。當(dāng)速度達到光速的0.9倍時，時間膨脹效應(yīng)為2.29倍。當(dāng)速度達到光速的0.99倍時，時間膨脹效應(yīng)為7倍。當(dāng)速度達到光速的0.9999倍時，時間膨脹效應(yīng)為70倍。當(dāng)速度達到光速的0.999999999時，時間膨脹效應(yīng)為707萬倍。這意味著，你在光速飛船上度過的一分鐘，在地球上可能已經(jīng)過去了數(shù)千年或數(shù)萬年的時間。

因此，不要小看這一分鐘。如果你的速度足夠快，你可能會在自己的家人還活著的時候再也見不到他們，甚至無法返回地球。因為等你返回地球時，你會發(fā)現(xiàn)地球已經(jīng)不存在了，早已經(jīng)毀滅了，因為地球上的時間可能已經(jīng)過去了幾十億年，甚至在這短短的一分鐘內(nèi)，你會見證宇宙的毀滅。

▏穿越時空能否實現(xiàn)

如果飛船的速度能夠超越光速，那么時間就會倒流。然而，盡管時間會倒流，但從理論上來說，我們也不可能穿越時空回到過去，我們只是能夠追上逝去的時間。例如，我們能看秦始皇登基的場景。在兩千多年前，秦始皇登基的場景映射在了當(dāng)時的光子中，隨著時間的流逝，這些光子已經(jīng)在宇宙中飛行了兩千多年。如果我們的飛行速度能夠超越光速，那么我們就能夠追上當(dāng)時的光子，然后親眼目睹秦始皇登基之后的場景。然而這些都只是科學(xué)家的猜測。就目前來說，人類的飛行速度和光速相差非常大。我們別說超越光速了，即便我們能夠達到亞光速飛行都已經(jīng)非常不錯了。只要我們能夠達到亞光速飛行，人類飛出太陽系也非常容易。只要人類能夠飛出太陽系，那么人類對宇宙的認(rèn)知將會越來越多。

在宇宙的廣袤無垠中，人類仿佛被困在了一個小小的太陽系里。面對96%與我們失去聯(lián)系的星系，我們只能通過觀測來揣測它們過去的模樣。而我們的宇宙，仍在不斷膨脹，仿佛在訴說著一段失落的故事。1929年，哈勃發(fā)表了一篇具有里程碑意義的論文，揭示了他的一項發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)，所有的星系都在以不同的速度遠離我們。這一發(fā)現(xiàn)暗示了一個讓人震驚的事實——可觀測宇宙正在膨脹。哈勃的定律指出，星系移動的速度與它們到地球的距離成正比。這一發(fā)現(xiàn)徹底顛覆了我們對宇宙的傳統(tǒng)認(rèn)知，它證明了宇宙并非靜止不動，而是在不斷膨脹。這個理論讓科學(xué)家們感到了深深的絕望，他們意識到，距離地球180億光年以外的星系正在以超越光速的速度遠離我們。這不僅意味著我們永遠無法看到那些星系現(xiàn)在的樣子，更糟糕的是，未來的人類文明可能永遠無法到達那些星系。因為它們正在以超光速遠離我們，將我們永遠分隔在兩個無法觸及的世界中。

盡管如此，人類對未知的渴望和對科學(xué)的探索精神并沒有因此而消減。當(dāng)前人類能夠觀測到的宇宙直徑已經(jīng)達到了930億光年，在這個觀測范圍內(nèi)有2萬億個星系，其中至少1.8萬億個星系已經(jīng)與人類失去了聯(lián)系，宇宙因為超光速膨脹而被分割成了一座座孤島。每一個孤島上的智慧文明都可能永遠無法知曉其它文明的存在。然而，作為地球上最具智慧的生命，人類始終堅持不懈地探索宇宙的奧秘。隨著科技的快速進步和發(fā)展，未來我們或許能夠?qū)崿F(xiàn)超光速飛行，解開宇宙中更多的謎團。

（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）

作者 | 幾維鳥

畢業(yè)于新西蘭林肯大學(xué)金融專業(yè)。對大眾科普知識擁有濃厚興趣，曾在多個科普期刊上發(fā)表過科普文章。關(guān)注事實，并積極探索前沿科技。