北極燕鷗也許是世界上最熱愛光明的動物，從它出殼的那天起，時時刻刻都在追逐太陽 。北半球夏天的時候，它們來到北冰洋沿岸，在苔原上傳宗接代 。南半球夏天的時候，它們去往南極洲周圍，在南冰洋捕魚捉蝦 。
北極燕鷗的遷徙路線曲曲折折，平均下來，每年來回大約 71000 千米 。在它 30 多年的漫長壽命中，遷徙的總路程相當于從地球到月球往返 3 次！

北極燕鷗 。圖片來自：pixabay.com
對于小小的鳥兒來說，能達成這個成就，夠吹好幾個地質年代了 。那么 ， 如果給人類 30 年，在已知的物理框架中行事，不限手段，我們能飛多遠呢？
他們真的飛了 30 年！
人類最早發往太陽系外圍的探測器是先驅者 10 號，到發射 30 周年的時候（2002 年 3 月），它飛到了距離地球 120 億千米的地方 。
不過，1977 年發射的旅行者 1 號后來居上，飛到第 21 個年頭時，就在 104 億千米處超越了先驅者 10 號，成為飛得最遠的人造物體 。到第 30 年時（2007 年），旅行者 1 號已經到達 155 億千米處，正在穿越日球層鞘了 。現在旅行者 1 號已經飛出日球層頂，在離我們 240 億千米之遙的星際空間中暢游 。


2007年，兩位旅行者正在穿越日球層鞘 。圖源NASA
盡管 155 億千米顯然比北極燕鷗的 3 次地月往返出色得多，但這樣簡單地做乘法拼速度，似乎太枯燥乏味了 。讓我們再想得狂野一些，還有沒有飛得更遠的方法？
【孫悟空翻不出如來手掌心，這背后竟然還有物理學道理！】只要速度接近光，短命也能跑更遠
一種微觀粒子的奇異表現或許能啟發我們的思路 。在距離地面 15 千米的高空，宇宙射線中的高能質子轟擊地球大氣層，會產生 μ 子和中微子 。
其中 μ 子的壽命非常短，大約 2.2 微秒就會發生衰變 。照理說，即使它以每秒 299792458 米的光速俯沖 ， 也只能飛 660 米，到不了地面 。但是有趣的事情出現了：在海平面的高度乃至地下礦井里 ， 都能檢測到不少 μ 子，這個奔跑距離是原本預測的 23 倍以上 。
這是怎么回事呢？原來是狹義相對論在暗中相助 。從地球看來，以近光速運動的 μ子 的時間流逝會大大減緩 。只要它的速度和光速相差小于萬分之 9，時間流逝就會放慢 23 倍以上 。如果我們和 μ 子手里各拿一塊秒表 ， 就會發現，當它飛抵地面時 ， 我們的秒表跑到 52 微秒了，μ 子的秒表卻還沒走到 2.2 微秒（看來“生命在于運動”是對的……）
然而從 μ 子看來，它并沒有感覺自己時間變慢，它正常地在 2.2 微秒時壽終正寢，衰變為其他粒子 ， 而我們手中的秒表才是走慢的那塊 。在它“眼中”是這樣一番景象：以近光速撲面而來的地球徑向壓縮了 23 倍以上，成了一個“地餅”（假如它知道地球原本模樣的話），它要穿越的大氣層比 660 米還要薄些，它甚至還能再跑一段，一直鉆進地下礦井！
時間延緩的倍數，或者長度壓縮的倍數，有一個可記可不記的公式，純供好奇的讀者用來驗算后面的數據：


這里v是物體運動的速度，c是光在真空中的速度 。
μ 子抵達地面現象是對狹義相對論的一項經典證明 。要注意，從地球看來，μ 子用 52 微秒跑了 15 千米；從 μ 子看來 ， 它用 2.2 微秒跑了 660 米 。在各自的參考系里，μ 子都沒有超光速 。但是混起來說的話 ， 就會得到錯誤（但聽起來有趣）的結論：μ 子用 2.2 微秒跑了 15 千米，23 倍光速！
只要大力出奇跡 ， 就能莽穿銀河系？
按這個思路一琢磨，我們有一個大膽的想法 。如果（不管用什么辦法）把自己加速到極其接近光速，是不是就可以在 30 年內橫穿原本直徑 20 萬光年的銀河系了？
這個時間延緩或者長度壓縮是 6667 倍，就算 7000 好了 。我們使用剛才的公式，一通操作猛如虎 ， 就能算出，只要和光速相差億分之 1 以內 ， 就能把銀河系徑向壓扁 7000 倍，好讓我們在 30 年內橫穿過去 。
當然 ， 從留在地球家園上的一代又一代的子子孫孫們看來，我們還是老老實實地以近光速行駛，花了 20 萬年才完成任務，只是我們的一舉一動都奇慢無比 ， 就連每次眨眼都要花 1 小時！
要多少能量才能到達這個速度呢？假設飛船很輕，連同我們在內只有 1 噸（裝備了非常規食物，以免餓死在 30 年的旅途中），那么最終的動能就是 E=mc2 乘以 7000，等于 6300 萬億億焦耳 。這個數其實并不大，僅僅是太陽在 600 分之一秒內產生的能量，比毀滅恐龍的那次小行星撞擊略猛一些，我們說不定還是能弄出來的 。
那么我們再努把力 ， 在 30 年內飛到宇宙邊緣看一看？從大爆炸時起，信號有時間傳到我們的那部分宇宙（所謂“可觀測宇宙”）已經膨脹到半徑 465 億光年，而且還在繼續膨脹中 。假如能夠把它叫停，然后在我們的 30 年內飛過去，那就要把飛船加速到和光速僅差 500 億億分之一 ， 所需能量達到 14 萬億億億焦耳，相當于太陽在 6 分鐘內的全部產能，或者說 ， 72 座三峽大壩從地球誕生起運行至今！
看了上面的計算我們可能會產生一種錯覺，覺得只要大力就能出奇跡，其實更大的問題是 ， 在我們已知的體系里，宇宙膨脹無法叫停，并且還在加速中 ， 離我們越遠，星系退行的速度越快，甚至可以超過光速（空間膨脹不違反相對論） 。即使我們化身一束光 ， 當下出發 ， 也只能逐漸趨近目前距離我們約 150 億光年的星系（正以光速退行），而永遠無法到達，更不要說 465 億光年了 。
說到這里，忽然就想起了西游記里孫悟空和如來的那場賭賽 。孫悟空一個筋斗十萬八千里，也沒有翻出如來的手掌心 ， 究其原因，別是如來發動了一次宇宙膨脹吧……


孫悟空遭遇宇宙膨脹·《西游記》電視劇截屏
策劃制作
作者丨曲炯 科普作者
審核丨劉茜 北京天文館研究員
責編丨丁崝

猜你喜歡

• 離婚收到法院傳票不去會怎樣 沒收到法院傳票不出席離婚怎么處理
• 法院起訴離婚原告可不出庭由律師代理嗎 離婚案件原告不出庭由律師全權代理可以嗎
• 離婚案件有訴訟代理人的,當事人可以不出庭 離婚案只有代理人出庭可不可以
• 起訴離婚被告拒絕出庭怎么辦 離婚起訴后被告方拒不出庭怎么辦
• 為什么想打噴嚏卻打不出來，看看太陽就能打出來？
• 離婚案件被告不出庭可以缺席判決嗎 離婚案件被告不出席會判準予離婚嗎
• 離婚案不出庭寫答辯狀有用嗎 離婚后財產糾紛有答辯書,本人不到庭可以嗎
• 離婚官司一方不出庭法院能判離婚嗎 離婚官司一方不到可以宣判嗎
• 空調制熱不出風是怎么回事
• 一方不離婚起訴多久才能判離 起訴后一方不出面多久才能判決離婚