目前的宇宙一般指的是可观测宇宙,直径约930亿光年,1光年是9.46万亿公里,这是光从138亿年前大爆炸开始以来,能传到地球的极限范围,这里面有2万亿个星系,恒星多到数不清,但这并不是全宇宙,而只是我们能看到的一个窗口。
真正的宇宙可能无限大,也可能有物理边界,甚至可能是多重宇宙的一部分,但不管是哪一种,人类想到达宇宙边界都得先奔向465亿光年之外,这时候光速限制就会成为第一道障碍。
爱因斯坦的相对论说,每秒30万公里的光速是宇宙的极限,任何物体加速到这速度需要无限能量,所以都不可能达到光速,目前飞得最远的旅行者一号,速度只有光速的0.0056%,也就是17公里每秒。
就算是未来制造出光速飞船,理论上也得465亿年才能到达可观测宇宙的边界,而人类诞生至今不过30万年,37亿年后仙女座就会撞上银河系,50亿年后太阳就会膨胀成红巨星吞噬地球,所以留给我们的时间根本不够,光速限制会把我们困在几十光年范围内无法动弹。
更糟糕的是宇宙还在膨胀,大爆炸后空间像吹气球一样扩张,星系间的距离越拉越大,哈勃定律显示,离我们越远的星系退行速度越快,超过140亿光年的地方,膨胀速度已超光速,但是空间膨胀不受光速限制。
因此宇宙才能在138亿间,让一个可观测宇宙的直径都达到930亿光年,这就是膨胀积累的结果,这意味着宇宙边界就像龟兔赛跑一样,光速就是乌龟,宇宙膨胀的超光速是兔子,你跑1步,它跑10步。
现在宇宙膨胀由暗能量驱动,每100万光年,空间扩张速度增68公里每秒,到边界时,退行速度高达几亿公里每秒,远超光速,所以就算我们能瞬间跳到900亿光年外,边界还是会瞬间远去,永远追不上。
还有个可能是宇宙不存在边界,目前的数学模型里宇宙的曲率是0,这意味着宇宙时空是无限延伸的,如果未来曲率大于一,那么就有可能形成一个闭合球面,飞船最后只能回到奇点,但别忘了整个球体是在加速膨胀的,所以边界仍然可望不可及。
通过以上情况不难看出,到达宇宙边界是一项很费时间的活动,而人类文明的时间也许并不充足,因为小行星撞击,超新星爆发,太阳氦闪,外星文明入侵,都有可能在短时间内让我们从宇宙中消失,也许根本来不及探索宇宙。
人类这0.7级文明现在连太阳系都没出,直径930亿光年的可观测更像是一个抽象的概念,只能在理论上探讨一下。