浩瀚的宇宙充斥着無盡的奧秘,是以人類有着一個夢想,那就是能夠自由地穿梭在星際空間之中,而要實作這一夢想,關鍵就在于速度。
宇宙太大了,僅太陽系的半徑就達到了1光年,而太陽系不過是銀河系中數千億個恒星系中的一個而已,而像銀河系這樣的星系,在宇宙中又何止百萬千萬。是以,要在宇宙中遨遊,首先要解決的一個問題就是速度,而速度的極限,宇宙早就給我們劃定了,那就是光速。沒有靜止品質的物質從誕生的一刻起就隻能以光速進行運動,而具有靜止品質的物質則無論如何也無法達到光速,這是因為具有靜止品質的物質在運動的過程中會産生與引力品質等效的慣性品質,速度越快,慣性品質就越大。

慣性品質增加了,要繼續提升物質的速度就需要投入更多的能量,當物質的速度無限接近于光速,品質也就趨近于無窮大,而繼續加速所需要的能量也就達到了無窮大,而宇宙中沒有無窮大的能量,是以不可能推動具有靜止品質的物質達到光速。
光速是宇宙中的極限速度,這意味着不管人類未來的科技如何發展,“無限趨近于光速”就是人類的極限,而以這樣的速度沖出太陽系需要一年的時間,而去往距離地球最近的系外恒星比鄰星,則需要4年多的時間,而要離開半徑為10萬光年的銀河系則需要長達10萬年的時間。是不是很令人絕望?更絕望的還在後面。
光速的确是宇宙的極限速度,但它并不是人類的極限速度,人類真正的極限速度要比光速慢得多。
那麼是什麼劃定了人類的極限速度呢?這裡有一個非常熟悉的名詞叫做“微波背景輻射”,它是宇宙大爆炸遺留下來的電磁波輻射,而本質上微波背景輻射就是進入了微波波段的光子。這些光子來源于宇宙誕生之初,因為宇宙空間不斷膨脹的關系,是以進入了微波波段,進而形成了一種微波輻射,它充斥于整個宇宙空間之中。光子是一種物質,一種不具有靜止品質的基本粒子,不管是宏觀物體,還是微觀物質,在與光子發生碰撞時,運動狀态都不會産生任何的變化,不過這隻是在一般情況下。
當一個物體的運動速度達到了一定的高度,就會與微波背景輻射的光子發生互相作用。
舉例而言,當一個質子以極高的速度撞上光子之後,會生成一個Π介子,而Π介子是具有靜止品質的。根據質能守恒定律可知,品質不會憑空産生,那麼這個具有靜止品質的Π介子是從何而來的呢?是由能量轉化而來的,而為其提供能量的就是高速運動的那個質子。在各種介子中,Π介子是最輕的,它的品質為139.569MeV/c ,MeV/c 是品質機關,1MeV/c =1.783X10∧-36kg。Π介子雖輕,但生成一個這樣的介子所需要的能量卻不能忽略不計。
根據質能方程E=mc 可知,能量等于品質乘以光速的平方,光速取值299792458m/s,光速的平方是一個極大的數字,是以即便是極小的品質也對應着極其巨大的能量。
是以,當高速運動的質子與微波背景輻射的光子發生碰撞後,會生成一個Π介子,而這個介子的生成會使運動質子的能量出現下降,能量下降了,速度就降低了,直到這個質子的速度降低到某個臨界值之下,才能不再與微波背景輻射的光子發生互相作用,能量才不會繼續下降,而這個臨界值所對應的能量就被稱之為“GZK極限”,而質子的GZK極限就是5X10∧19eV。
宇宙中一切物質的速度都受到GZK極限的制約,從宇宙射線到星際飛船,概莫能外。
是以未來人類制造的宇宙飛船一旦超過了GZK極限就會與微波背景輻射的光子發生互相作用,以緻減速,直到速度降低到臨界值之下為止,而且這種互相作用除了會限制飛船的速度以外,還可能會給飛船造成損傷,是以不要去想什麼光速了,GZK極限就已經是人類所能夠達到的極限速度了。如此說來,人類進行星際遠航的希望豈不是沒有了?其實不管GZK極限是否存在,人類星際遠航的希望都不能寄托在速度上,因為即便是以光速運動,對廣袤的宇宙而言依舊太慢了。是以人類想要實作星際遠航還得寄希望于空間本身,必須找到可以跨越空間的蟲洞。