相对宇宙
地球在宇宙中有多渺小
地球在宇宙中非常渺小，人类在探索外星球的时候，发现地球之外的世界非常大，地球只是这浩瀚宇宙中的一个小星球，而且非常渺小。在宇宙中，比地球大得多的星球，其实是非常多的。在太阳系内，比地球大的星球也有好几个。
地球赤道半径约为6378千米，在八大行星中，排名第五。海王星的半径约为24788千米，相当于地球的3.88倍；天王星的半径约为25559千米，相当于地球的4倍；土星的半径约为60268千米，相当于地球的9.44倍；木星是太阳系内最大的行星，半径71492千米，相当于地球的11.21倍；太阳，是太阳系最大的天体，半径为69.6万千米，是地球半径的109倍，由此可以算出太阳的体积为地球的130万倍。从这里看得出，地球在太阳系内也只是小家伙，放眼于宇宙中，和其它更大的星球相比，会如何呢？在宇宙中，太阳系只是其中的一部分，而太阳也只是很平常的一颗恒星，比太阳大得多的星球，数量也是非常多。
夜空中最亮的恒星，天狼星，比我们的太阳略大，相当于太阳半径的1.711倍，如果和地球相比，则相当于地球半径的187倍。可以说是非常大的了，不过，在宇宙中，天狼星，也只是一颗比较小的星球，比它大的还有很多。
在与我们相距33.78光年的双子座β星，即北河三（Pollux），就比天狼星大得多，相当于太阳半径的8.8倍，相当于地球半径的960倍。地球，或者太阳，在它的面前，已经是相当小的。当然，这还不是宇宙中最大的天体。
离我们约36光年外的大角星，是牧夫座中最亮的星，也是北天夜空中第一亮的恒星。半径相当于太阳的21倍，如果和地球相比，则相当于地球半径的2289倍。地球在它面前，已经很小了。当然，宇宙中还有比大角星大的天体。
地球在宇宙中有多渺小?
地球差不多就是宇宙中的一粒灰尘，在没有探索外太空时地球在我们眼中是非常大的，它的半径有六千三百多千米，并且地球上居住着这么多的人口和拥有这么多的国家。当我们开始了解除了地球以外的外太空时，我们才知道地球在宇宙中是如此的渺小。 银河系中，至少存在着上千亿个像地球这样的微尘。出了银河系之后，至少还有上千亿个星系，其中又各自包含数以亿计的微尘。倘若宇宙无限，那么，地球将只是宇宙中无限微尘之一。 体积： 地球赤道半径6378.137千米，极半径6356.752千米，平均半径约6371千米，赤道周长约为40075千米，呈两极稍扁赤道略鼓的不规则的椭球体。 地球表面积5.1亿平方千米，其中71%为海洋，29%为陆地，在太空上看地球总体上呈蓝色。大气层，主要成分为氮气和氧气以及少量二氧化碳、氩气等。 地球内部分为地核、地幔、地壳结构，地表外部有水圈、大气圈以及磁场。地球是宇宙中仅有的存在已知生命天体，是包括人类在内上百万种生物的家园。
除了光速之外，宇宙中还存在其他的速度限制吗？
早在1966年，科学家就发现，除了光速之外，宇宙中还存在一种速度限制，这被称为“GZK截断”（GZK cut off），下面我们来看看具体是怎么回事。 根据“大爆炸宇宙论”，我们的宇宙诞生于一个温度极高、密度极大的“奇点”所发生的“大爆炸”，由于光速的限制，宇宙诞生初期的光子至今仍然在宇宙传播，但因为宇宙的膨胀，它们现在已经进入了微波波段，在我们看来，不管是在哪个方向，我们接收到的这种微波辐射都相同的，因此这就被称为“微波背景辐射”（CMB）。 “微波背景辐射”的光子充满了整个宇宙，所有在宇宙空间中运动的物质都将不可避免地与它们相遇，通常情况下，“微波背景辐射”的光子并不会影响到物质的运动状态，但科学家却发现，当物质的运动速度超过了一个临界值时，就会与“微波背景辐射”的光子发生相互作用，而这个临界值所对应的能量，就被称为“GZK极限”（GZK limit）。 例如质子的“GZK极限”为5 x 10^19eV（注：eV即电子伏特），如果一个在宇宙空间中运动的质子，其运动速度所对应的能量超过了这个值，它就会与“微波背景辐射”的光子发生相互作用，并生成Π介子，这样就会造成这个质子损失能量（因为生成的Π介子是有静止质量的），其速度也会因此而降低。 随着这个质子持续地与“微波背景辐射”的光子发生相互作用，它就会大量损失能量，并不断地生成Π介子，直到其运动速度所对应的能量低于5 x 10^19eV为止，这种速度限制就是“GZK截断”。 一般认为，在宇宙中无论是微观的粒子还是宏观的物体，都会受到“GZK截断”的限制，这就意味着，如果人类在未来制造出的宇宙飞船，其速度所对应的能量超过了“GZK极限”，就同样也会与“微波背景辐射”的光子发生相互作用，如果持续时间较长的话，宇宙飞船甚至还可能会遭到严重的破坏。 因此可以说，在未来的星际航行中，人类真正的障碍或许并不是光速，因为在“GZK截断”的限制下，人类甚至连“无限地接近光速”都无法做到。那么未来的人类应该如何应对这种困境呢？这应该有两种解决方法，一种是利用某种强大的“能量护盾”将宇宙飞船保护起来。 还有一种方法是通过某种操纵时空的科技让宇宙飞船绕开速度的限制，例如想象中的“曲率引擎”就能够将宇宙飞船始终处于一个由扭曲时空形成“曲率泡”里，并让前面的空间收缩、后面的空间扩张，从而使宇宙飞船在“相对于其周围的时空完全静止”的情况下持续前进。
宇宙还存在一个除光速以外的速度限制，这才是人类真正的障碍？
许多科学家认为，这个宇宙应该是一个生机勃勃的宇宙， 生命在宜居行星上自然出现的几率接近100% ，虽然现实上我们从来没有找到任何地外生命的踪迹。科学家们认为，宇宙的 范围太过广泛 ，人类其实就像地球上的一窝蚂蚁。 在地球各处都会有蚂蚁，但是蚂蚁的 探索 能力有限，用尽全部资源也只能 探索 到距离蚂蚁窝五十米远的范围，两个蚂蚁窝之间的间隔往往有上千公里，这意味着两个蚂蚁窝注定 无法遇见 。 所以即便宇宙中存在生命，对人类而言也是不可能找到的。宇宙间的距离实在太广泛了，我们 目前还没有研究出可以在去往更遥远空间的技术 ，甚至目前我们的物理理论基础也并不支持人类进行远距离的星级航行。 关于星际航行的限制，很多人首先会想到的就是 光速的限制 ，但是宇宙除了光速以外 还有另一个速度限制 ，这个限制却是大多数人都意想不到的，或许这才是人类面临着的 真正障碍 ？ 其实如果能够达到接近光速的程度，当然不可能没有任何意义，即便人类无法 探索 几千几万光年外的空间，但我们依旧可以自由地在太阳系周边翱翔。宇宙中到处都是物质和资源，但是这些资源因为 距离太过遥远 而根本 无法带回 。 如果人类能够达到接近光速的程度，那么我们将可以在宇宙中将生命传播得更远，就算无法一次去太远，但是周边一百光年内的星球都是可以 探索 的，科学家们在寻找适宜生命居住的“ 超级地球” 时，就曾 在十几光年的距离内找到过宜居星球 。 人类制造的飞船现在的最快速度大概是17公里每秒，是光速的一万六千分之一，前往十光年外的地方，将会需要整整十数万年。所以即便是 十光年 ，对于现在的人类而言，也是暂时 不可能达到的距离 。 所以光速虽然相对于宇宙的尺度来说很慢，但对于现在的我们来说依旧很快，但是达到光速之前，我们人类需要面对许许多多的限制。 这其中有一个是达到物质在太空中穿梭时不得不面对的限制—— Greisen-Zatsepin-Kuzmin 极限，简称GZK极限 。 GZK极限也叫GZK拦截，指的是遥远的宇宙空间外射线具有的理论上限值。这个限制用大白话讲，就是在 宇宙中高速运行的飞船有可能会“撞车” 。 一般情况下飞船其实是没有撞车条件的，因为 宇宙中的物质太过分散了 ，因为太空就是一个无限接近真空的环境。 比如已经在太空中飞行了43年的 旅行者一号 ，甚至已经脱离太阳系日球层，去到星际空间中了，这个飞船依旧可以 平稳飞行 ，没有因为被天体撞击的事情发生意外。 这其中旅行者一号仰仗的就是太空的空旷， 大个的天体微粒会被它检测到 ，它就能提前 调整方向 ，而小于100微米的颗粒则完全不需要在乎，因为它的速度实在是太慢了。 这里说得慢，是相对于宇宙的慢，实际上旅行者一号就是上文所说能达到每秒17公里的最快飞行器，但是在这个 正常的速度下 ， 宇宙微粒不会对飞船造成任何破坏 。但是当 接近光速 ，甚至仅仅达到1%光速的飞船在宇宙中航行的时候，就 必须要注意宇宙中的微小颗粒 了。 即便是宇宙太空，也不可能存在完全真空的情况。在恒星周边一边都会有许多被引力吸引过来的行星和陨石，这些都是肉眼能见的物质一般情况下我们都可以做到完全避让。 但是宇宙中更多的是肉眼无法看见的物质，比如地球上的氢气和氦气就会因为地球的引力不够而慢慢漂浮到大气层的顶端，并且逃逸出去，也就是说说宇宙中首先是一定会漂浮着很多这样的 微小元素 。 这些氢气与氦气虽然只是气体，但依旧属于物质。构成这些物质的原子都是拥有一定质量的，如果是旅行者一号这种“缓慢”的飞行器撞到，结果肯定是无事发生。 但是如果让接近光速的飞船撞击到这些气体，那么久就会产生GZK拦截现象，这些 微小的原子会与飞船表面发生强烈的撞击效果 。 如果仅仅是宇宙尘埃会撞上飞船，那其实也不算什么大问题，因为宇宙尘埃在太空中依旧是十分稀少的存在。但是只有一点点质量的亚原子粒子，也会在飞船接近光速时被撞上。 而在太空中，亚原子粒子是充斥着整个空间的，这些粒子一般都是被宇宙中的高能射线撞击原子，导致分离成电子、质子等微粒。根据科学家的计算， 平均每一平方米就会有大约1个亚原子粒子 。 简单来说，太空中有一张 密不透风的网 ，任何接近光速的物质都会在撞击到这个网之后 被破坏或者减速 ，这就是所谓的GZK极限。 除了GZK极限，其实 光速本身对人类也有十分残酷的限制 ，光速是世界上最为神奇的一个参数之一，它代表着物质能达到最高速度的极限。一般物体的速度会随着参照系的改变而发生改变，但是光的速度却永远不会改变，无论如何观测，在真空之中的光速的都是约等于 三十万公里每秒 。 根据爱因斯坦的相对论，光速是空间中的最快速度上限，有些空间因为质量太大，被引力所扭曲，所以 在这种被扭曲的空间中，光速会变得更慢一些 。 而最重要的是，任何物质都无法达到100%光速，只有没有质量的光子才能达到光速，即便是质量非常小的亚原子粒子，也 永远无法达到光速 。 而且任何运动中的物体，都会随着速度的增加而增加质量，根据爱因斯坦的质能方程式，当物质获得巨大的能量被加速到接近光速时，那么这个物体的质量将会变得非常的大。 简单来说，一个 无限接近光速运动的针 ，它的 质量会比黑洞还要大 ，届时它将会变成一个新的黑洞，周围的物质包括光，都会被其吸进去。 所以即便人类的飞船能够接近光速，在加速过程中，不断增加的质量也很有可能将飞船压塌。届时 飞船可能就变成一个新的黑洞，届时飞船里的人都将不复存在 。 物体接近光速时，质量变大后还会造成另外一个影响。在爱因斯坦的相对论中，时间与空间是一体的，因此当质量变大后，周围的空间会被物质的强大质量 压到扭曲变形 。 扭曲的空间会让物体周围的时间流速也发生变化，总的来说，空间扭曲的程度越大，时间的流速就会越慢。而 空间扭曲的程度又是取决于物体的质量，质量却是来源于不断加速的能量 。 所以所有物体都会出现，越接近光速，它的时间流动速度就会越慢。如果一艘无限接近光速的飞船从地球出发，前往一千光年外的星球，那么在地球上的人将会看到一艘飞船以极快的速度出发，地球上经历了一千年，飞船终于到达了。 但是在飞船上的宇航员却会看到完全不同的场景，从他的视角上看，由于他是以接近光速的速度离开地球，所以在飞船运转时他是 无法继续看到地球变化 的，因为图像的传播速度也不过是光速，只能刚刚好追上他，也就是在他眼中的地区画面将会 几乎静止 。 即便飞船是以光的速度飞行了一千年，但是对于飞船和宇航员来说，很可能是 一眨眼的事情 ，当他到达目的地的时候，回头望去，虽然 实际上已经过去了一千年了 ，但他看到的地球还会是刚离开时的模样。 所以说，在光速运行时，宇航员的时间可以说是相对静止的，这对于人类而言，算是一个好消息，因为这意味着宇航员将 有可能去往更加遥远的星空 。 在目前人类的物理理论中光速已经是宇宙间速度的极限，但是 光的速度还是太慢了 ，就像上文所说的一样，前往一千光年以外的星球，就必须要一千年，虽然对于宇航员来说这个时间的流速会变慢，但是对于全人类来说，一千年的时间真的是太长了。 人类现代文明到现在也才数百年，并没有一千年的时间用来等待一个无法预知的结果。而且，距离限制的不仅仅是交通，还有通讯，两个星球之间的信息传输必须要一千年， 以人类百年的寿命，无法支撑这么长时间的 探索 。 简单来说，除非全人类移居星球，不然人类就算能达到光速，也无法从遥远星球中有效获得资源和信息。 最为恐怖的是，相对于宇宙的尺度，一千光年的距离可能连一粒沙都算不上，即便我们达到了光速，最终也不过想开头所描绘的蚂蚁一样，用尽全力也只能够 探索 周边的五十米地，而这个世界的周长却能达到万公里。 其实50米与4万公里相比较，远不如一千光年与宇宙的尺度比较来得夸张。现在人类可观测宇宙直径有 930亿光年 。 更为可怕的是，即便人类有能力 探索 一千光年甚至一万光年的星际空间，但是在这么小的范围中， 找到适合人类居住或者拥有资源的星球却是十分困难 ，甚至可能没有这种星球。 目前人类几乎无法看到使用光速 探索 宇宙的希望，不仅仅光速本身就难以到达，光速对于 探索 宇宙实在有限。 在科学家们的设想中， 借助虫洞也许可以实现超光速行驶 ，可以在一瞬间从宇宙的一处到达另一处，这种方式甚至有可能做到超越光速的效果。 除此以外，还有很多科幻小说都十分热衷于讨论 曲率引起的加速 ，这种加速方式主要是依靠将飞船前后的空间进行扭曲，达到飞船向前移动的效果。换成生活中能够理解的情况，应该就是 将飞船前面的路面挖一个向下的斜坡 ，那么飞船就不需要任何动力也会 往下掉 ，这种方式同样可以达到超越光速的效果。 这并不会违背相对论，因为即便看起来飞船好像超越光速了，但那时空间扭曲的效果，实际上 飞船相对于它的空间是静止不动的 。 光速与GZK极限对于太空 探索 来说的确是一个极大的挑战，如果人类没能克服挑战，那么我们将在会 被困在地球上，与地球同生共死 。研究显示，地球很快可能会 在几十亿年后被膨胀成红巨星的太阳所吞没 ，那一天也将是包括人类早内的所有地球生命的末日。 因此我们要努力想办法在太空中 探索 ，找到属于人类的后路，这样人类才能在宇宙中繁衍生息，将文明长久延续下去。