本文是基于回答网友奇葩问题,觉得好玩,可以脑洞一下,就来说一说。原问题见截图:

先说说1光年的来历和1秒钟1光年有多快

光年,是科学界确定的宇宙大尺度距离单位,就是光的速度走1年的尺度。光速是指真空光速c=299792458m/s(米/秒),因这种大尺度没必要那么精准,通常采用30万千米/秒来计量。

那么1光年有多长尺度呢?首先就要确定一年有多少秒了。人类确定的一年,是地球围绕着太阳转一圈的时间,但这个时间有两种计算方法。

一种是恒星年,就是从地球上观测,以太阳和某一颗恒星在同一位置为起点,地球绕太阳一圈,回到同一位置的时间间隔,就算一个恒星年。恒星年间隔不是严格精准,因为恒星的赤经和赤纬会因岁差的原因而改变,现在的恒星年以J2000.0历元计算,为365.25636个平太阳日,或者365日零6小时9分10秒。

一种是回归年,是指太阳连续两次通过春分点的时间间隔,就是地球公转轨道沿黄道有一个虚拟的春分点,转一圈回到那个点的时间,又称太阳年。回归年是编撰万年历提前计算出来的,因此每个回归年时间间隔也不完全一样,这样就采用一个世纪取一个平均值。本世纪的长度为365.242199174日,即365日零5小时48分46秒。

那么一光年按哪种年的时间来算呢?这两种年的时间间隔不同,而且每种年不同时期时间都有变化,怎么来计量1光年尺度呢?为了有一个准确的定量,科学界制定了一个天文专用的儒略年时间,规定1个天文儒略年为365.25天,一年就确定为365.25天*24小时*3600秒=31557600秒。

这样,光年就有了一个准确的尺度,1光年(符号ly)=299792458米*31557600秒=9460730472580800米,大尺度计量一般采用1光年≈9.46万亿公里。

如果1秒钟走1光年的距离,就是每秒钟运行9.46万亿公里,是光速的31557600倍。

再来说说宇宙有多大

爱因斯坦相对论问世后,相对时空观开始替代古代以来遵循的绝对时空观。哈勃又发现了宇宙膨胀的规律,支持了宇宙大爆炸学说,从此大爆炸宇宙论成为科学界的标准宇宙理论,认为宇宙约在138亿年前,由一个奇点爆炸膨胀而来。

这样就完全推翻了几千年一直信奉的、到了伽利略、牛顿时代现代科学已经萌芽后,还一直遵循的绝对宇宙观。这种宇宙观认为宇宙无始无终无边无际时空是既定不变的。现代宇宙观认为时空是相对的,变化的,宇宙有始有终,有界无边。

那么宇宙到底有多大呢?或者说是一个什么形状呢?科学界至今只有猜想,没有一个标准答案。比较统一的说法是,宇宙从一个奇点爆炸开来,通过暴涨和高速膨胀阶段,迄今依然在大尺度范围超光速在膨胀,经过计算得到的可观测宇宙半径约有465亿光年。

这只是一个可观测宇宙,就是根据物理法则比如光速,确定人类最大的观测能力,只能观测到这么大的一个空间。根据哈勃定律,宇宙膨胀是各向同性,越远越快,就是所有方向看起来都是一样的,膨胀速度与距离成正比,越远越快。

因此站在地球上,向四周看,最远都能够观测到465亿光年。

但宇宙还有两个不可观测范围,一个叫过去视界,一个叫未来视界。过去视界是指在宇宙大爆炸以后的38万年时间以内,由于宇宙温度和密度太高,连光也无法发出,而这个时间内宇宙发生过暴涨,因此膨胀速度极快。但由于没有电磁波溢出,人类目前无法观测到这一个宇宙空间。

现在有理论认为,未来有可能通过引力波了解到这段“黑暗”时期的宇宙状况。

未来视界就是在我们人类观测能力的极限处,星系正在以数倍光速远离我们而去,脱离了人类的观测视野。因此,人类永远也不知道可观测宇宙外面的宇宙还有多大,那里会发生什么。所以,宇宙到底有多大,人类或许永远无法知晓。

经过这些年的宇宙观测,科学界认为,在可观测宇宙内,大约有上万亿到10万亿个星系,我们银河系只是其中一个星系,而太阳系只是银河系里面约4000亿颗恒星其中的一颗。

太阳系是以太阳为核心的行星系统,太阳质量占据整个系统质量的99.86%,是地球质量的33万倍。太阳系有八大行星和几百颗卫星、若干矮行星、无数小行星和彗星等。太阳引力半径约1光年,别看这小小的1光年,人类现在飞得最远的无人探测器旅行者1号,以每秒17公里的速度,正在向太阳系外飞去,要飞出这1光年半径还需要17000多年。

那么,每秒1光年能飞出宇宙范围吗?

可以肯定地回答:不能。

我们可以简单计算一下,以每秒1光年的速度飞,飞到可观测宇宙465亿光年半径的边际,需要飞196575521年,也就是近2亿年。但飞出可观测宇宙,又会以飞船为中心,形成新的可观测宇宙,又要飞近2亿年。前面还有多少个可观测宇宙呢?

在宇宙时空曲率里,光也是弯曲的,围绕着这个曲率运行,因此宇宙飞船看起来在走直线,实际上是在走曲线转圈子,就像在地球表面行走,一直向着一个方向不拐弯,最终绕地球一圈还是回到原点。

科学界有种说法,由于宇宙曲率,如果有一架可以看到无限远的望远镜,在宇宙中向前看,最终会看到自己的背影。也就是说,光线绕了一圈又回到了原点。

当然,如果真的是在光速飞船中运行,人们是无法感觉到时光流逝的,就像瞬间走遍了宇宙一样。这是爱因斯坦的时间膨胀理论的解释,也是时空相对性的精髓。速度时间膨胀率遵循的公式为:t’=t/√[1-(v/c) ^2]

式中,t’是速度时间膨胀效应值;t是低速系观测者第一个时钟时间记录;v是第二个时钟相对第一个时钟的移动速度;c为光速。

根据这个公式,在速度越快的飞船中旅行,时间流逝就越慢,达到光速,时间静止。距离也有尺缩效应,速度越快,距离越短,达到光速,距离为零。

有人可能不相信这种解释,但速度时间膨胀和重力时间膨胀这两个预言,或者说理论都早就被证实真的存在,现在的航空航天,以及我们日常生活的定位导航,如果不考虑这两个时间膨胀因素,不按照相对论理论去调整,就寸步难行。

但爱因斯坦狭义相对论限制了物质运动速度,任何有静质量的物体都无法达到光速,更不可能超越光速,因此,飞船是不可能达到光速的,更不可能超越光速。

但星际旅行有两个理论支持大于光速到达目的地,这就是虫洞穿越或者曲速航行,这两种航行方法虽然还处于理论幻想阶段,但许多人包括一些科学家相信最终能实现。

这两种方法虽然可能大于光速很多倍到达目的地,但都不是飞船真正达到光速以上的速度,而更像我们平时生活经验中的“抄近道”或传说中的“缩地法”,是通过某些神奇技术,让旅途变短,而且短很多,如100光年的路途变得近在迟尺,一步就跨过去了。

这样就不会产生时间膨胀效应,人们感受的时间就接近正常的流逝。因此,即便真的实现了这种星际旅行,人类寿命能够经历1亿年甚至数十亿年折腾吗?

更重要的是,宇宙是在一个巨大的时空曲率中,理论上宇宙之外没有空间,因此所有的物体都无法突破宇宙边界,这就是所谓宇宙有界无边。

具体地说,宇宙本身就是物质和时空的代名词,物质和时间、空间三位一体,不可能单独存在。而时空是由于宇宙不断膨胀而不断扩大的,还没有膨胀扩大的宇宙之外,是没有时空和物质的,在这个虚无中,飞船能往哪里飞呢?这本身就是一个悖论。

所以,不管有多快的飞船,都无法飞出宇宙。你说呢?欢迎讨论,感谢阅读。

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来源: 原创