星際穿越中的太空旅行是科幻史上的經(jīng)典畫面

Credit：電影《星際穿越》

先來簡單介紹一下我們宇宙的基本信息：

我們生活的銀河系是一個(gè)普通大小的棒旋星系：直徑約10萬光年，擁有千億顆恒星,，以及中子星,、黑洞、行星,、大量的氣體云和暗物質(zhì),，并且在星系中心,，存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。從遠(yuǎn)處眺望,，銀河系看起來非常的稠密,。但在人類的尺度下，它大多是由一無所有的虛空所構(gòu)成,。憑借我們目前的技術(shù),，即使將人類送到最近的恒星，也需要數(shù)千年的時(shí)間,，因此對于現(xiàn)在的人類而言,，我們銀河系的規(guī)模是相當(dāng)龐大的。

銀河系只是一個(gè)“普通”大小的棒旋星系

Credit：NASA

與此同時(shí),，銀河系在宇宙中并不孤單,。銀河系和仙女座星系以及五十多個(gè)矮星系（包括我們熟知的大麥哲倫星云和小麥哲倫星云），組成了所謂“本星系群（Local Group of Galaxies）”,，直徑大約為一千多萬光年,。本星系群系屬于室女座超星系團(tuán)的一部分，而室女座超星系團(tuán)（The Virgo supercluster）聯(lián)合其他數(shù)百個(gè)星系組構(gòu)成了所謂的“拉尼亞凱亞超星系團(tuán)（Laniakea Supercluster）”,，又有百萬個(gè)跟它類似的超星系團(tuán),，構(gòu)成了目前的可觀測宇宙。

拉尼亞凱亞這個(gè)詞來自于夏威夷語,，意為“無盡的天堂”,。圖為直徑大約為三億光年的拉尼亞凱亞超星系團(tuán)數(shù)學(xué)模型

Credit：NASA

如果我們不會被大神級外星文明的侵略一掃而光，能夠擁有一個(gè)美好的未來——當(dāng)人類文明達(dá)到了第三類文明的科技水準(zhǔn)（見圖注）,，并開發(fā)出基于我們目前物理學(xué)理解的星際旅行,。在這種最好的情況下，我們到底可以走多遠(yuǎn)呢,？

答案很簡單卻令人失望，我們可以探索的區(qū)域只有本星系群,，這是人類所能夠參與到的最大的結(jié)構(gòu),。雖然它的確很大，但本星系群只占可觀測宇宙的0.00000000001%,！讓我們來好好沉思一下這個(gè)數(shù)字,，我們被限制在可觀測宇宙的一千億分之一的空間里。對我們來說,，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)實(shí)際的邊界在限制我們,，對于想要挑戰(zhàn)一切的人類來說無疑是沮喪的,。

我們?yōu)槭裁床荒茏叩母h(yuǎn)?這和看起來一無所有的宇宙虛空有關(guān)。宇宙虛空并不是真正空著的,，它本身擁有能量,。這要追溯到“量子漲落（quantum fluctuations）”，從小范圍看,，不斷運(yùn)動(dòng)的粒子和反粒子誕生和湮滅,，你可以想象一下在宇宙創(chuàng)世之初，這個(gè)作用會產(chǎn)生相對大密度區(qū)域和相對小的密度區(qū)域,。

量子學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)中突破性的分支

Credit：網(wǎng)絡(luò)

讓我們回到138億年前,，宇宙還沒有時(shí)空，發(fā)生了創(chuàng)世的宇宙大爆炸,。在大爆炸之后,，因?yàn)橛钪娴募彼倥蛎洠沟每捎^測宇宙僅僅在幾十億分之一秒內(nèi)從一塊兒擴(kuò)大到數(shù)萬億公里,。這突如其來的宇宙拉伸發(fā)生的如此之快,，以至于所有的這些量子漲落也同樣被拉伸了,。在膨脹之后,，引力重新開始把萬物拉回在一起，從大尺度上看,，引力不能把所有東西都牽制住,，膨脹主導(dǎo)著宇宙的命運(yùn)。但從小范圍來看,，引力因素還是占優(yōu)的,。因此，隨著時(shí)間推移,，密度較大的區(qū)域,，將成長為星系群，就像我們今天生活在的地方一樣,。而我們所熟知的引力,，亦只在我們的本星系群中起著主導(dǎo)作用。

宇宙大爆炸藝術(shù)想象圖

Credit：NASA

但為什么我們不能從我們的本星系群旅行穿越到別的超星系群里,？

原因在“暗能量”,。大約60億年前，暗能量開始主導(dǎo),。暗能量是一種無形的力和效果,，導(dǎo)致并加速了宇宙的膨脹，我們不知道暗能量到底是什么,，但是我們可以清楚的觀察到它主導(dǎo)的膨脹效果,。在早期宇宙中的相對致密區(qū)域不斷演化,，我們星系周圍的仙女座星系等結(jié)構(gòu)，會被我們的本星系群的引力吸引,，但更大尺度下,，更多由膨脹主導(dǎo)。隨著時(shí)間推移,，不同星系群之間的距離就會變得越大,。

隨著時(shí)間的推移，暗能量將我們從宇宙中孤立起來,，使得我們最終變得無法接觸到其他星團(tuán),，星系和星系群。我們的鄰居會用我們永遠(yuǎn)都不能想象到的速度遠(yuǎn)離我們而去,。我們可以離開本星系群,，然后嘗試飛過星際空間，但在黑暗中,，我們永遠(yuǎn)不會到達(dá)任何地方,。在星際中，我們被越來越疏遠(yuǎn),，本星系群內(nèi)則將更加緊密并合并在一起——甚至在數(shù)十億年內(nèi)形成一個(gè)“銀河仙女巨型橢圓星系”(Milkdromeda),。

銀河系和仙女星系融合藝術(shù)想象圖

Credit：NASA

在某個(gè)可預(yù)見的未來，本星系群之外的地區(qū)將是那么的遙遠(yuǎn),，甚至變得難以觀測,，（因?yàn)橹挥猩贁?shù)的光子可以到達(dá)我們這里，那些光子的波長會拉長到無法檢測）一旦這種情況發(fā)生了,，我們將收不到任何外界的信息,，宇宙將從視野中消失，宇宙會永遠(yuǎn)從任何一個(gè)角度看起來都變得無比黑暗空曠,，未來的“Milkdromeda”人會覺得整個(gè)宇宙只有他們自己的星系,。往虛空望去，他們只會看到更多的空虛與黑暗,，他們將不能看到宇宙的背景輻射,，他們甚至不知道大爆炸發(fā)生過，他們可能沒有辦法知道我們今天所知道的東西,，比如宇宙的膨脹特性,，宇宙的起點(diǎn)和終點(diǎn)，“Milkdromeda”就是一個(gè)在黑暗中的孤島,。

但盡管如此,，萬億顆恒星對于人類已經(jīng)足夠多、足夠大了。畢竟,，現(xiàn)在人類僅僅登上了月球,，我們還有幾十億年等著我們?nèi)ヌ剿魑覀兊奶栂岛豌y河系，我們能夠在這一刻存在是非常幸運(yùn)的,，因?yàn)槲覀儾坏芸吹轿覀兊奈磥?，還能看到最遙遠(yuǎn)的過去，現(xiàn)在的宇宙仍然絢麗壯觀,。

責(zé)任編輯：毛明遠(yuǎn)

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