真空中的光速为299792458m/s,相对于任何参考系都恒定不变,它代表了宇宙间最快的速度,任何事物没有办法超越这个速度进行有效的信息传递。
为什么会这样呢?因为物体在移动的过程中会产生一个惯性质量,其与引力质量是等效的,随着物体速度的不断提升,惯性质量也会随之提升,继续加速就需要更大的能量支持,当物体的运动速度达到了光速,惯性质量就会趋于无穷大,也就需要无穷大的能量才可以实现,而宇宙间没有无穷大的能量,自然也就无法把物体推进到光速。
当然,这是针对于具有静止质量的物体而言的,对于光子这种没有静止质量的物质来说,它从诞生便会以光速,也只能以光速进行运动。
光速最快的限制给人类的宇宙探索带来了不小的难度,因为宇宙太过庞大了。2018年美国发射升空了一台速度很快的航天器,即帕克探测器,它的速度达到了109km/s,这对于生活在地球上的我们而言,是十分惊人的,但即便以这个速度,想要去往太阳系外最近的一颗恒星,也需要6000年之久。
人类航天器的速度还可以进一步提升吗?当然是可以的。
那么人类航天器的速度可以提升到何种程度呢?光速不行,亚光速是否可行呢?很遗憾,依旧不行,因为还有另一个限制条件,那就是GZK截断理论。GZK截断理论是于1966年提出的,因为提出这一理论的三位科学家分别为美国的Kenneth Greisen和前苏联的Georgiy Zatsepin、Vadim Kuz'min,便因此而得名。这一理论用一句话来简单概括,就是:宇宙射线会与宇宙背景微波辐射下的光子发生作用。
根据宇宙大爆炸理论,宇宙起源于距今138亿年前的一次大爆炸,在一瞬之间,物质、能量、时间、空间喷涌而出,宇宙诞生了。
宇宙大爆炸所产生的光子在138亿年间,一直持续扩散,随着宇宙的不断膨胀而变成了微波,这就是我们经常提到的“微波背景辐射”。在宏观低速环境之下,微波背景辐射的光子并不会与物质发生反应,但当物质的运动速度不断提升,突破某个临界值之后,便会与光子发生相互作用。宇宙射线就是一种高速运动的物质,它会与微波辐射光子发生反应,这种反应会使宇宙射线本身不断损失能量。
当然,会与微波辐射光子发生作用的并不只有宇宙射线,任何速度超越临界值的物质都会与光子发生反应。
这意味着什么呢?假设人类制造出了一艘超越临界值的高速飞船,当它在宇宙中飞行时,会与光子发生反应,致使自身不断损失能量,具体的表现就是飞船的急速损毁。因此,人类要想不断提升自己的速度,首先要解决的并不是光速最快的限制,而是如何突破GZK截断理论。
在太阳系之外,与我们最近的一颗恒星就是比邻星了,它与我们的距离大概在4.22光年左右。
也就是说,如果人类能够实现十分之一的光速飞行,也需要40多年才能够到达,如果连十分之一的光速都无法实现,那探索宇宙几乎可以说是茫然无望。所以如何突破GZK截断理论是人类宇宙探索之路上必须要解决的一个问题。当然,我们也可以另辟蹊径,比如通过改变时空曲率而缩短两点之间的距离,以实现瞬间跨越千万光年的距离,不过这些在目前看来,太具科幻主义色彩了。
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