在16世紀之前,人們認為光傳播是不需要時間的。
21世紀的今天,借助高精度計時的原子鐘,科學家已經(jīng)知道了真空光速是299792458 m/s,也就是差不多每秒30萬公里,但對于生活在地球上的我們來說,“意識到光速有限”是件很困難的事。
因為地球赤道周長才4萬公里,而光子一秒就能繞地球七圈半,所產(chǎn)生的延遲遠不是人類能感覺到的,只有在天文學家眼里,光速才是能被感知和經(jīng)常使用到的存在,因為他們研究的對象是整個宇宙。
在半徑465億光年的可觀測宇宙中,光速在某種意義上也代表著時間,因為速度有限的光子需要時間才能飛到地球,換言之也就是說,我們在宇宙中看到的一切都只是宇宙以前的狀態(tài),現(xiàn)場直播從來就不存在。
那么肉眼最遠能看到多久之前呢?
1.5億公里外的太陽,發(fā)出的光需要飛行8分20秒左右才能到達地球被我們看見,38萬公里外的月球本身不會發(fā)光,它反射的太陽光需要飛行1.3秒才能被我們看見。
也就是說我們現(xiàn)在看到的太陽是8分20秒之前的太陽,月亮是1.3秒前的月亮,如果它們都瞬間消失了,那么我們也需要同樣長的時間才能知道。
在太陽系里,天王星是能被看見的距離地球最遠的行星,它反射的太陽光需要飛行2小時40分鐘才能到達地球,也就是說我們?nèi)魏螘r候看到的都是2小時40分鐘之前的天王星。
而在地球天區(qū)能被肉眼直接看到的7000多顆星星里,距離最遠的是1.48萬光年外的天鵝座HD188209恒星,比它更遙遠的是254萬光年外的仙女座星系,以及295萬光年外的三角座星系,不過它們都屬于由千億顆恒星匯聚而成的星系,而不是單顆恒星,所以和前者沒什么可比性。
根據(jù)天文學界的研究,目前為止人類肉眼看到過的最遠的天體,位于75億光年之外,是一個編號為GRB 080319B的伽馬射線暴,在2008年3月19日那半分鐘里,它的視星等最高達到了5.8,已經(jīng)進入到了能被肉眼直接看到的范圍。
這束來自75光年外,同時也是75億年前的光子,也許并沒被人親眼看見過,但天文衛(wèi)星還是記錄下了它的光輝時刻,告訴了我們它曾經(jīng)來過。
在可以預言的未來,類似的深空伽馬射線暴一定還會發(fā)生,甚至考慮到宇宙的廣闊和光速的緩慢,沒準兒現(xiàn)在就有幾十個伽馬射線暴的光子正在向地球飛來,也許是幾百萬年后,也許是下一秒,我們就能看到伽馬射線暴的光芒再次出現(xiàn)。
對天文學家和宇宙學家來說
光速限制就是他們最“痛恨”的宇宙規(guī)律,因為它直接讓天文學和宇宙學變成了“考古學”。
哈勃望遠鏡最遠拍攝到的134億光年外的GN-z11星系,已經(jīng)快逼近138.2億年宇宙大爆炸時刻了,但這個星系現(xiàn)在是什么樣子,人類目前還一無所,也許永遠都不可能知道了,畢竟人類文明能不能再存在134億年都是個問題。
在愛因斯坦的廣義相對論中,允許人類利用時空本身能被扭曲的特性建造愛因斯坦-羅森橋,也就是蟲洞,這種連通宇宙中任意兩端的超級技術(shù),理論上能讓人類在瞬間跨越千萬光年的距離,很多科幻作品中的“宇宙高速公路”,就是用蟲洞節(jié)點來實現(xiàn)的。
除了蟲洞外,同樣基于廣義相對論的曲率驅(qū)動技術(shù)也是能實現(xiàn)跨光年級別飛行的超級技術(shù),三體中的光速飛船用的就是空間曲率驅(qū)動。
但對當下連核聚變飛船都造不出來的人類文明來說,愛因斯坦理論中允許的這些技術(shù)都太遙遠了。
在短時間內(nèi)的未來,人類文明的宇航技術(shù)大概率還會處于化學燃料時代,用海量燃料推動巨型火箭把幾個宇航員和幾十噸載荷送上太空,這樣的畫面仍會未來一段時間內(nèi)反復上演。
在此我們只能希望人類文明能早日掌握可控核聚變技術(shù),早日沖出地球甚至沖出太陽系,航向宇宙深處。