許多科學(xué)家認(rèn)為，這個(gè)宇宙應(yīng)該是一個(gè)生機(jī)勃勃的宇宙，生命在宜居行星上自然出現(xiàn)的幾率接近100%，雖然現(xiàn)實(shí)上我們從來(lái)沒(méi)有找到任何地外生命的蹤跡。科學(xué)家們認(rèn)為，宇宙的范圍太過(guò)廣泛，人類其實(shí)就像地球上的一窩螞蟻。

在地球各處都會(huì)有螞蟻，但是螞蟻的探索能力有限，用盡全部資源也只能探索到距離螞蟻窩五十米遠(yuǎn)的范圍，兩個(gè)螞蟻窩之間的間隔往往有上千公里，這意味著兩個(gè)螞蟻窩注定無(wú)法遇見(jiàn)。

所以即便宇宙中存在生命，對(duì)人類而言也是不可能找到的。宇宙間的距離實(shí)在太廣泛了，我們目前還沒(méi)有研究出可以在去往更遙遠(yuǎn)空間的技術(shù)，甚至目前我們的物理理論基礎(chǔ)也并不支持人類進(jìn)行遠(yuǎn)距離的星級(jí)航行。

關(guān)于星際航行的限制，很多人首先會(huì)想到的就是光速的限制，但是宇宙除了光速以外還有另一個(gè)速度限制，這個(gè)限制卻是大多數(shù)人都意想不到的，或許這才是人類面臨著的真正障礙？

GZK極限

其實(shí)如果能夠達(dá)到接近光速的程度，當(dāng)然不可能沒(méi)有任何意義，即便人類無(wú)法探索幾千幾萬(wàn)光年外的空間，但我們依舊可以自由地在太陽(yáng)系周邊翱翔。宇宙中到處都是物質(zhì)和資源，但是這些資源因?yàn)?/span>距離太過(guò)遙遠(yuǎn)而根本無(wú)法帶回。

如果人類能夠達(dá)到接近光速的程度，那么我們將可以在宇宙中將生命傳播得更遠(yuǎn)，就算無(wú)法一次去太遠(yuǎn)，但是周邊一百光年內(nèi)的星球都是可以探索的，科學(xué)家們?cè)趯ふ疫m宜生命居住的“超級(jí)地球”時(shí)，就曾在十幾光年的距離內(nèi)找到過(guò)宜居星球。

人類制造的飛船現(xiàn)在的最快速度大概是17公里每秒，是光速的一萬(wàn)六千分之一，前往十光年外的地方，將會(huì)需要整整十?dāng)?shù)萬(wàn)年。所以即便是十光年，對(duì)于現(xiàn)在的人類而言，也是暫時(shí)不可能達(dá)到的距離。

所以光速雖然相對(duì)于宇宙的尺度來(lái)說(shuō)很慢，但對(duì)于現(xiàn)在的我們來(lái)說(shuō)依舊很快，但是達(dá)到光速之前，我們?nèi)祟愋枰鎸?duì)許許多多的限制。

這其中有一個(gè)是達(dá)到物質(zhì)在太空中穿梭時(shí)不得不面對(duì)的限制——Greisen-Zatsepin-Kuzmin 極限，簡(jiǎn)稱GZK極限。

GZK極限也叫GZK攔截，指的是遙遠(yuǎn)的宇宙空間外射線具有的理論上限值。這個(gè)限制用大白話講，就是在宇宙中高速運(yùn)行的飛船有可能會(huì)“撞車”。

一般情況下飛船其實(shí)是沒(méi)有撞車條件的，因?yàn)?/span>宇宙中的物質(zhì)太過(guò)分散了，因?yàn)樘站褪且粋€(gè)無(wú)限接近真空的環(huán)境。

比如已經(jīng)在太空中飛行了43年的旅行者一號(hào)，甚至已經(jīng)脫離太陽(yáng)系日球?qū)樱サ叫请H空間中了，這個(gè)飛船依舊可以平穩(wěn)飛行，沒(méi)有因?yàn)楸惶祗w撞擊的事情發(fā)生意外。

這其中旅行者一號(hào)仰仗的就是太空的空曠，大個(gè)的天體微粒會(huì)被它檢測(cè)到，它就能提前調(diào)整方向，而小于100微米的顆粒則完全不需要在乎，因?yàn)樗乃俣葘?shí)在是太慢了。

這里說(shuō)得慢，是相對(duì)于宇宙的慢，實(shí)際上旅行者一號(hào)就是上文所說(shuō)能達(dá)到每秒17公里的最快飛行器，但是在這個(gè)正常的速度下，宇宙微粒不會(huì)對(duì)飛船造成任何破壞。但是當(dāng)接近光速，甚至僅僅達(dá)到1%光速的飛船在宇宙中航行的時(shí)候，就必須要注意宇宙中的微小顆粒了。

即便是宇宙太空，也不可能存在完全真空的情況。在恒星周邊一邊都會(huì)有許多被引力吸引過(guò)來(lái)的行星和隕石，這些都是肉眼能見(jiàn)的物質(zhì)一般情況下我們都可以做到完全避讓。

但是宇宙中更多的是肉眼無(wú)法看見(jiàn)的物質(zhì)，比如地球上的氫氣和氦氣就會(huì)因?yàn)榈厍虻囊Σ粔蚨〉酱髿鈱拥捻敹?，并且逃逸出去，也就是說(shuō)說(shuō)宇宙中首先是一定會(huì)漂浮著很多這樣的微小元素。

這些氫氣與氦氣雖然只是氣體，但依舊屬于物質(zhì)。構(gòu)成這些物質(zhì)的原子都是擁有一定質(zhì)量的，如果是旅行者一號(hào)這種“緩慢”的飛行器撞到，結(jié)果肯定是無(wú)事發(fā)生。

但是如果讓接近光速的飛船撞擊到這些氣體，那么久就會(huì)產(chǎn)生GZK攔截現(xiàn)象，這些微小的原子會(huì)與飛船表面發(fā)生強(qiáng)烈的撞擊效果。

如果僅僅是宇宙塵埃會(huì)撞上飛船，那其實(shí)也不算什么大問(wèn)題，因?yàn)橛钪鎵m埃在太空中依舊是十分稀少的存在。但是只有一點(diǎn)點(diǎn)質(zhì)量的亞原子粒子，也會(huì)在飛船接近光速時(shí)被撞上。

而在太空中，亞原子粒子是充斥著整個(gè)空間的，這些粒子一般都是被宇宙中的高能射線撞擊原子，導(dǎo)致分離成電子、質(zhì)子等微粒。根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，平均每一平方米就會(huì)有大約1個(gè)亞原子粒子。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，太空中有一張密不透風(fēng)的網(wǎng)，任何接近光速的物質(zhì)都會(huì)在撞擊到這個(gè)網(wǎng)之后被破壞或者減速，這就是所謂的GZK極限。

光速對(duì)人類的限制

除了GZK極限，其實(shí)光速本身對(duì)人類也有十分殘酷的限制，光速是世界上最為神奇的一個(gè)參數(shù)之一，它代表著物質(zhì)能達(dá)到最高速度的極限。一般物體的速度會(huì)隨著參照系的改變而發(fā)生改變，但是光的速度卻永遠(yuǎn)不會(huì)改變，無(wú)論如何觀測(cè)，在真空之中的光速的都是約等于三十萬(wàn)公里每秒。

• 光速使人變重

根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，光速是空間中的最快速度上限，有些空間因?yàn)橘|(zhì)量太大，被引力所扭曲，所以在這種被扭曲的空間中，光速會(huì)變得更慢一些。

而最重要的是，任何物質(zhì)都無(wú)法達(dá)到100%光速，只有沒(méi)有質(zhì)量的光子才能達(dá)到光速，即便是質(zhì)量非常小的亞原子粒子，也永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到光速。

而且任何運(yùn)動(dòng)中的物體，都會(huì)隨著速度的增加而增加質(zhì)量，根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程式，當(dāng)物質(zhì)獲得巨大的能量被加速到接近光速時(shí)，那么這個(gè)物體的質(zhì)量將會(huì)變得非常的大。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，一個(gè)無(wú)限接近光速運(yùn)動(dòng)的針，它的質(zhì)量會(huì)比黑洞還要大，屆時(shí)它將會(huì)變成一個(gè)新的黑洞，周圍的物質(zhì)包括光，都會(huì)被其吸進(jìn)去。

所以即便人類的飛船能夠接近光速，在加速過(guò)程中，不斷增加的質(zhì)量也很有可能將飛船壓塌。屆時(shí)飛船可能就變成一個(gè)新的黑洞，屆時(shí)飛船里的人都將不復(fù)存在。

• 光速使人變慢

物體接近光速時(shí)，質(zhì)量變大后還會(huì)造成另外一個(gè)影響。在愛(ài)因斯坦的相對(duì)論中，時(shí)間與空間是一體的，因此當(dāng)質(zhì)量變大后，周圍的空間會(huì)被物質(zhì)的強(qiáng)大質(zhì)量壓到扭曲變形。

扭曲的空間會(huì)讓物體周圍的時(shí)間流速也發(fā)生變化，總的來(lái)說(shuō)，空間扭曲的程度越大，時(shí)間的流速就會(huì)越慢。而空間扭曲的程度又是取決于物體的質(zhì)量，質(zhì)量卻是來(lái)源于不斷加速的能量。

所以所有物體都會(huì)出現(xiàn)，越接近光速，它的時(shí)間流動(dòng)速度就會(huì)越慢。如果一艘無(wú)限接近光速的飛船從地球出發(fā)，前往一千光年外的星球，那么在地球上的人將會(huì)看到一艘飛船以極快的速度出發(fā)，地球上經(jīng)歷了一千年，飛船終于到達(dá)了。

但是在飛船上的宇航員卻會(huì)看到完全不同的場(chǎng)景，從他的視角上看，由于他是以接近光速的速度離開(kāi)地球，所以在飛船運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)他是無(wú)法繼續(xù)看到地球變化的，因?yàn)閳D像的傳播速度也不過(guò)是光速，只能剛剛好追上他，也就是在他眼中的地區(qū)畫(huà)面將會(huì)幾乎靜止。

即便飛船是以光的速度飛行了一千年，但是對(duì)于飛船和宇航員來(lái)說(shuō)，很可能是一眨眼的事情，當(dāng)他到達(dá)目的地的時(shí)候，回頭望去，雖然實(shí)際上已經(jīng)過(guò)去了一千年了，但他看到的地球還會(huì)是剛離開(kāi)時(shí)的模樣。

所以說(shuō)，在光速運(yùn)行時(shí)，宇航員的時(shí)間可以說(shuō)是相對(duì)靜止的，這對(duì)于人類而言，算是一個(gè)好消息，因?yàn)檫@意味著宇航員將有可能去往更加遙遠(yuǎn)的星空。

• 光速并沒(méi)有像想象中快

在目前人類的物理理論中光速已經(jīng)是宇宙間速度的極限，但是光的速度還是太慢了，就像上文所說(shuō)的一樣，前往一千光年以外的星球，就必須要一千年，雖然對(duì)于宇航員來(lái)說(shuō)這個(gè)時(shí)間的流速會(huì)變慢，但是對(duì)于全人類來(lái)說(shuō)，一千年的時(shí)間真的是太長(zhǎng)了。

人類現(xiàn)代文明到現(xiàn)在也才數(shù)百年，并沒(méi)有一千年的時(shí)間用來(lái)等待一個(gè)無(wú)法預(yù)知的結(jié)果。而且，距離限制的不僅僅是交通，還有通訊，兩個(gè)星球之間的信息傳輸必須要一千年，以人類百年的壽命，無(wú)法支撐這么長(zhǎng)時(shí)間的探索。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，除非全人類移居星球，不然人類就算能達(dá)到光速，也無(wú)法從遙遠(yuǎn)星球中有效獲得資源和信息。

最為恐怖的是，相對(duì)于宇宙的尺度，一千光年的距離可能連一粒沙都算不上，即便我們達(dá)到了光速，最終也不過(guò)想開(kāi)頭所描繪的螞蟻一樣，用盡全力也只能夠探索周邊的五十米地，而這個(gè)世界的周長(zhǎng)卻能達(dá)到萬(wàn)公里。

其實(shí)50米與4萬(wàn)公里相比較，遠(yuǎn)不如一千光年與宇宙的尺度比較來(lái)得夸張。現(xiàn)在人類可觀測(cè)宇宙直徑有930億光年。

更為可怕的是，即便人類有能力探索一千光年甚至一萬(wàn)光年的星際空間，但是在這么小的范圍中，找到適合人類居住或者擁有資源的星球卻是十分困難，甚至可能沒(méi)有這種星球。

如何超越光速探索宇宙？

目前人類幾乎無(wú)法看到使用光速探索宇宙的希望，不僅僅光速本身就難以到達(dá)，光速對(duì)于探索宇宙實(shí)在有限。

在科學(xué)家們的設(shè)想中，借助蟲(chóng)洞也許可以實(shí)現(xiàn)超光速行駛，可以在一瞬間從宇宙的一處到達(dá)另一處，這種方式甚至有可能做到超越光速的效果。

除此以外，還有很多科幻小說(shuō)都十分熱衷于討論曲率引起的加速，這種加速方式主要是依靠將飛船前后的空間進(jìn)行扭曲，達(dá)到飛船向前移動(dòng)的效果。換成生活中能夠理解的情況，應(yīng)該就是將飛船前面的路面挖一個(gè)向下的斜坡，那么飛船就不需要任何動(dòng)力也會(huì)往下掉，這種方式同樣可以達(dá)到超越光速的效果。

這并不會(huì)違背相對(duì)論，因?yàn)榧幢憧雌饋?lái)飛船好像超越光速了，但那時(shí)空間扭曲的效果，實(shí)際上飛船相對(duì)于它的空間是靜止不動(dòng)的。

結(jié)語(yǔ)

光速與GZK極限對(duì)于太空探索來(lái)說(shuō)的確是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，如果人類沒(méi)能克服挑戰(zhàn)，那么我們將在會(huì)被困在地球上，與地球同生共死。研究顯示，地球很快可能會(huì)在幾十億年后被膨脹成紅巨星的太陽(yáng)所吞沒(méi)，那一天也將是包括人類早內(nèi)的所有地球生命的末日。

因此我們要努力想辦法在太空中探索，找到屬于人類的后路，這樣人類才能在宇宙中繁衍生息，將文明長(zhǎng)久延續(xù)下去。