自历史发端，人类便不断探索与研习着世界的奥秘。几千年的科技进步使得我们得以跨越地球的界限，步入宇宙的广阔。当我们迈出地球，遨游在宇宙的壮丽之中，人们的好奇心被宇宙的辽阔深深吸引。人们思索着，这个无尽的空间究竟有多大？在宇宙的无数星体中，除了地球，是否还存在着其他生命？科学家们的研究揭示了宇宙的浩瀚无垠。它是一个包含无数星体的星际空间，这些星体包括恒星、行星、彗星、小行星、中子星和黑洞等。这些都是宇宙大爆炸的产物，而地球，只是太阳系中的一颗行星。

▏旅行者号

面对如此浩瀚的宇宙，人类和地球都显得无比渺小。为了揭开宇宙的神秘面纱，科学家们付出了巨大的努力。46年前，科学家们发射了旅行者1号和2号探测器，目标直指太阳系之外的宇宙奥秘。在发射之前，科学家们在探测器上安装了一张金唱片，它的直径为12英寸，镀金表面，内藏金刚石留声机针。这张唱片即使在10亿年之后，音质依然如新。唱片中包含了55种人类语言的问候语和各种音乐，还有115幅影像，包括太阳系各行星的图片和说明等。这些信息旨在向外星人传达太阳系中存在着生命。

然而，这引发了一个问题，即使外星人发现了这张金唱片，它们能理解上面的内容吗？为了解决这个问题，天文学家卡尔·萨根与相关部门合作制作了一个特殊的封面。这个封面上有许多符号，左上角的原型用二进制数字表示了唱片的正常运转速度，为3.6秒/转。右下角的两个连接的圆圈代表了氢原子的低能状态。科学家还在唱片的左下角刻录了放射性图案，这个图案以银河系中已知的14个脉冲星的位置来表示太阳系的位置，用二进制数字表示其脉冲星的周期。卡尔·萨根认为，只要遇到先进的文明，探测器就有可能被捕捉到，它所携带的金唱片就可能会被播放。尽管已经过去了这么多年，旅行者1号探测器仍然没有完全脱离太阳系。据科学家计算，按照其当前的飞行速度，完全飞出太阳系至少需要上万年的时间。

▏光速的探索

对于人类来说，这个时间跨度实在太长，因此若要人类探索太阳系以外的宇宙，我们需要达到接近光速的飞行速度，每秒30万公里，这是目前所知宇宙中最快的速度。然而这个速度已经超出了人类的想象。最早测量光速的科学家伽利略在1638年曾尝试一个著名的实验，他们登上两座相隔甚远山峰，每组使用一个光源——煤油灯，并对其进行了小改造，加装一个滑盖使得灯光能够开关控制，通过迅速开关滑盖使得灯光呈现闪烁效果。在这个实验中，除了两盏煤油灯之外，他们还使用了两个相同的钟摆计时器进行精确计时。

他试图通过记录灯光开启和关闭的时间差来测量光速，但这个办法因为人类反应速度和光速的巨大差异而无法成功。随后，1676年，奥勒·罗默首次实现了对光速的测量。他观察木星的卫星一，当卫星一转到木星背后时，就会被遮蔽，产生卫星蚀。随着地球在公转轨道上靠近木星，从地球上观测到卫星蚀之间的时间间隔逐渐缩短。而当地球远离木星时，卫星蚀的时间间隔则逐渐变长。罗默根据这些数据计算出，当地球距离木星最近时，卫星蚀比按照公转周期预测的时间提前了约11分钟。而当地球距离木星最远的时候，卫星蚀比预期的时间晚了11分钟出现。罗默发现累积的时间大约是22分钟，他认为这22分钟就是光在地球公转轨道上传播的时间。之后罗默计算出来的光速大约是每秒22万千米，然而这个数据与现代的数据相差甚远。

在1950年，艾森提出了空腔共振法来测量光速，最终得出的光速值大约是每秒299792457.4，这个数值与现代的光速基本一致。然而，对于现代人类科技来说，达到光速或者亚光速飞行仍然是一个遥不可及的目标。科学家们正在积极探索突破光速的奥秘，但想要实现这一目标却是相当困难。

▏时间是否是恒定的

在光速和亚光速的世界里，参照系的选择显得尤为重要。如果你乘坐一艘光速飞船离开地球，一分钟后返回地球，你的一分钟和地球上的一分钟是否相等？
根据牛顿的时空观，无论你以多快的速度离开地球，时间都是不会改变的。牛顿认为时间是一种无论如何都会流动的真实存在，他在自己的《自然哲学的数学原理》一书中写道：绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，且由于其本性而在均匀的、与任何外界事物无关的流逝着。除了亚里士多德提出的相对时间，牛顿还认为存在一种绝对的时间（同时存在绝对的空间），这个时间独立于事物及其变化，即使事物没有发生运动变化也会流逝。

在我们的宇宙中，时间的概念一直以来都是我们探索和追寻的焦点。牛顿的理论为我们揭示了一个普遍适用于所有人的时间概念，无论贫富，时间总是以相同的速度流逝。然而，随着爱因斯坦的相对论的出现，这个传统理论被打破了。在爱因斯坦的理论中，他提出了一个令人震惊的观点：时间会膨胀。这个观念表明，一个人观察到的时间会因为他的速度和受到的引力影响而发生变化。这也就意味着，时间不再是绝对不变的，而是相对的，可以因为观察者的不同而发生变化。

当一个观察者处于高速运动状态或者强引力场时，他们所感知的时间就会变得极其缓慢。爱因斯坦的相对论将时间和空间视为统一时空，时间和空间的度量取决于观测者的相对运动状态。根据这个理论，我们将会发现不同的观察者所感知的时间流逝速度可能是不同的。当一个观察者处于高速运动或者强引力场时，他们的时间就会变得很慢。狭义相对论和广义相对论是爱因斯坦理论中的两个重要概念，它们描述了两种引起时间膨胀的情况：速度和引力。在这个框架下，时间的流逝速度可以被视为由两个因素决定：物体的运动速度和它所受到的引力（质量）。如果物体的运动速度越快，或者它所受到的引力越大，那么时间膨胀的效应就会越明显。

想象一下，如果你乘坐一艘飞船在宇宙中飞行，速度是每秒0.5光年，你打开手电筒，按照我们通常的理解，手电筒发出的光的速度应该是飞船速度加上光的速度，也就是1.5光年。但事实上并不是如此，光的速度还是每秒30万公里，这是因为光速是恒定不变的。在这个例子中，我们可以看到爱因斯坦的理论如何改变了我们对时间的理解。不再是所有人共享同一个时间，而是每个人的时间都有所不同，取决于他们的运动状态和所处的引力场。爱因斯坦的理论为我们揭示了一个全新的宇宙图景，让我们对时间和空间有了更深的理解和认识。

我们通常使用的速度叠加公式实际上是伽利略变换，它仅在低速世界中有效。一旦进入亚光速世界，它就不再适用。通过爱因斯坦的相对论，我们可以得出光速是恒定不变的。但当你乘坐光速飞船离开地球时，飞船上的时间流逝要比地球上的时间慢很多。根据时间膨胀效应公式，当飞船的飞行速度达到光速的0.5倍时，时间膨胀效应为1.15倍。当速度达到光速的0.9倍时，时间膨胀效应为2.29倍。当速度达到光速的0.99倍时，时间膨胀效应为7倍。当速度达到光速的0.9999倍时，时间膨胀效应为70倍。当速度达到光速的0.999999999时，时间膨胀效应为707万倍。这意味着，你在光速飞船上度过的一分钟，在地球上可能已经过去了数千年或数万年的时间。

因此，不要小看这一分钟。如果你的速度足够快，你可能会在自己的家人还活着的时候再也见不到他们，甚至无法返回地球。因为等你返回地球时，你会发现地球已经不存在了，早已经毁灭了，因为地球上的时间可能已经过去了几十亿年，甚至在这短短的一分钟内，你会见证宇宙的毁灭。

▏穿越时空能否实现

如果飞船的速度能够超越光速，那么时间就会倒流。然而，尽管时间会倒流，但从理论上来说，我们也不可能穿越时空回到过去，我们只是能够追上逝去的时间。例如，我们能看秦始皇登基的场景。在两千多年前，秦始皇登基的场景映射在了当时的光子中，随着时间的流逝，这些光子已经在宇宙中飞行了两千多年。如果我们的飞行速度能够超越光速，那么我们就能够追上当时的光子，然后亲眼目睹秦始皇登基之后的场景。然而这些都只是科学家的猜测。就目前来说，人类的飞行速度和光速相差非常大。我们别说超越光速了，即便我们能够达到亚光速飞行都已经非常不错了。只要我们能够达到亚光速飞行，人类飞出太阳系也非常容易。只要人类能够飞出太阳系，那么人类对宇宙的认知将会越来越多。

在宇宙的广袤无垠中，人类仿佛被困在了一个小小的太阳系里。面对96%与我们失去联系的星系，我们只能通过观测来揣测它们过去的模样。而我们的宇宙，仍在不断膨胀，仿佛在诉说着一段失落的故事。1929年，哈勃发表了一篇具有里程碑意义的论文，揭示了他的一项发现。他发现，所有的星系都在以不同的速度远离我们。这一发现暗示了一个让人震惊的事实——可观测宇宙正在膨胀。哈勃的定律指出，星系移动的速度与它们到地球的距离成正比。这一发现彻底颠覆了我们对宇宙的传统认知，它证明了宇宙并非静止不动，而是在不断膨胀。这个理论让科学家们感到了深深的绝望，他们意识到，距离地球180亿光年以外的星系正在以超越光速的速度远离我们。这不仅意味着我们永远无法看到那些星系现在的样子，更糟糕的是，未来的人类文明可能永远无法到达那些星系。因为它们正在以超光速远离我们，将我们永远分隔在两个无法触及的世界中。

尽管如此，人类对未知的渴望和对科学的探索精神并没有因此而消减。当前人类能够观测到的宇宙直径已经达到了930亿光年，在这个观测范围内有2万亿个星系，其中至少1.8万亿个星系已经与人类失去了联系，宇宙因为超光速膨胀而被分割成了一座座孤岛。每一个孤岛上的智慧文明都可能永远无法知晓其它文明的存在。然而，作为地球上最具智慧的生命，人类始终坚持不懈地探索宇宙的奥秘。随着科技的快速进步和发展，未来我们或许能够实现超光速飞行，解开宇宙中更多的谜团。

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作者 | 几维鸟

毕业于新西兰林肯大学金融专业。对大众科普知识拥有浓厚兴趣，曾在多个科普期刊上发表过科普文章。关注事实，并积极探索前沿科技。

来源: 几维鸟