银河系到底能不能穿越?昨晚我盯着天花板想了三个小时
昨晚失眠,盯着天花板那块被路灯照亮的光斑,脑子里突然蹦出一个问题:银河系到底能不能穿越?不是说科幻电影里那种“嗖”一下的穿越,是真的,物理上,人类有没有可能从银河系这头跑到那头。
我翻身起来查资料,翻了一堆文献,发现这事吧,比我想象的复杂得多,而且答案可能会让你有点沮丧,但也可能让你重新思考什么叫“穿越”。
先搞清楚我们面对的是什么体量的东西
银河系有多大?这个数字说出来其实挺没概念的,但我尽量让你感受到——光从银河系一头跑到另一头,需要10万年以上,注意,是光速,宇宙里最快的速度,每秒30万公里那种,你开一盏灯,这束光在你读完这段话的时间里能绕地球七圈半,但让它横穿银河系,得从人类还在非洲草原上追羚羊的时候出发,走到现在还没到。
银河系里恒星的数量,大概在1000亿到4000亿颗之间,地球所在的太阳系,放在银河系里的位置,大概是这样:
| 参考指标 | 具体数据 |
| 银河系直径 | 约10万-18万光年 |
| 太阳系距银心距离 | 约2.6万光年 |
| 银盘厚度 | 约1000-2000光年 |
| 太阳绕银心一圈 | 约2.3亿年 |
你看,别说穿越银河系了,光是飞到银河系中心,就够人类喝一壶的。旅行者1号飞了四十多年,现在刚出太阳系家门口,离真正进入星际空间还有很长一段路,按它那个速度,飞到最近的恒星比邻星,大概需要7万年。
所以第一个结论其实很直接:用现在的技术,穿越银河系想都别想。不是悲观,是物理现实摆在这里。
那理论上呢?有没有戏?
这就是有意思的地方了,如果只讨论“理论上行不行”,物理学家们还真没把话说死。
爱因斯坦的广义相对论允许一种东西叫虫洞,简单说就是时空里的一个隧道,把两个相隔很远的点直接连起来,你想象一张纸对折,用铅笔戳个洞,原来在纸两端的蚂蚁不用爬整张纸,直接从洞里钻过去了,银河系穿越如果要实现,虫洞可能是最靠谱的方案。
但问题是——
- 我们从来没观测到过虫洞。一次都没有,理论上可以存在,但宇宙里到底有没有,完全不知道。
- 就算有,维持虫洞需要负能量。负能量在实验室里可以微量产生,但要撑开一个足够飞船通过的虫洞,需要的量级大到离谱,大概等于木星质量全部转化成能量的那个级别。
- 进去之后会怎样?没人知道,虫洞可能直接坍缩,可能把你撕成基本粒子,也可能出口在138亿年前的大爆炸现场——那你等于白跑了。
还有一个更冷门但挺靠谱的想法:世代飞船,就是造一艘巨大的飞船,里面有人造生态系统,几千代人就在飞船上出生、生活、死亡,直到几万年后抵达银河系另一端,技术上没有违反任何物理定律,但也面临生物伦理、资源循环、社会结构崩塌等一系列问题,你说这是“穿越”吗?对出发的人来说不是,对到达的人来说也不是,只有对人类这个物种整体来说算是。
最让我愣住的其实是光速限制这件事
查资料的时候,我反复看到一句话:信息传递不能超过光速。这意味着什么呢?就算你找到了虫洞,真的穿到了银河系另一端,你往回发一条消息说“我到了”,这条消息也得走10万光年才能回到地球,地球上的人收到的时候,地球文明可能都不存在了。
这才是最让人头皮发麻的地方,穿越银河系,不只是距离问题,是因果结构的问题,宇宙的基本规则就是,你不可能“即时”出现在另一个地方,任何形式的穿越,要么违反因果律,要么重新定义什么是“你”——比如把你拆成量子信息传过去再组装,那个复制的你还是不是你,哲学家们能吵到下个世纪。
那为什么还要想这件事?
说实话,查到后面我有点郁闷,但转念一想,人类历史上所有的“不可能”,最后被推翻的方式,往往不是解决了原来的问题,而是换了一个问法。
几百年前有人问,人类能不能飞到月亮上去?那时候唯一的方式是造足够大的翅膀扇空气,怎么算都不行,后来我们根本不扇空气了,我们用火箭,再后来我们问的问题也变了,不是“能不能飞到月亮”,而是“月球基地什么时候建”。
现在问“银河系能不能穿越”,可能跟古人问“能不能飞到月亮”是一个性质的问题,我们用的工具——化学火箭、核聚变引擎、甚至曲速驱动——可能根本就不是正确答案,真正让我们穿越银河系的方式,可能藏在某个我们还没发现的物理规律里,就像古人不知道引力可以变成轨道力学一样。
前两天看到一篇论文(M. Alcubierre, 1994, Classical and Quantum Gravity),里面提到的曲速引擎方案不违反广义相对论,只是需要负能量,虽然工程上现在还做不出来,但它至少证明了,在物理定律的框架内,超光速旅行没有被彻底判死刑。
银河系到底能不能穿越?现在的答案是:不能,但如果你把时间尺度拉到几千年后,这个答案可能会变,而真正让答案改变的那个东西,可能正从某个大学实验室里一个奇怪的量子态里慢慢冒出来——就像一百年前没人相信原子核里锁着能炸平一座城市的能量。
我现在唯一确定的是:如果有一天人类真的穿越了银河系,那一定不是因为我们解决了“怎么飞”的问题,而是因为我们彻底重新理解了什么叫“穿越”。