在人类历史的长河中，星际航行一直是一项让人神往的科学梦想。随着科技的不断发展和人类对未知的无尽探索欲望，我们正迈向一个全新的时代——星际时代。
星际航行的目的是将人类的足迹延伸到宇宙的更远处。这不仅仅是一项技术挑战，更是一次对人类智慧和勇气的巨大考验。我们将探索未知的星系，登陆遥远行星上的地面，甚至与其他文明接触。这种前景让人无比振奋，唤起我们内心深处的探索欲望。
然而，星际航行并非一蹴而就，需要克服许多科学难题和技术挑战。其中最大的挑战之一就是克服宇宙的巨大距离。我们所处的太阳系只是宇宙的一个小小角落，距离太阳最近的恒星比邻星也有4.22光年的距离。然而人类目前最快的飞行器——帕克太阳探测器，速度也不过586 800千米/时，而光速约为300 000千米/秒，两者之间是几千倍的差距。而最可怕的是，爱因斯坦早就告诉我们，超越光速是不可能的，甚至连接近光速都很困难。到底是什么在限制人类的速度？
飞离太阳系？
2013年和2018年，媒体先后报道旅行者1号和旅行者2号飞离了太阳系，然而这件事很快被NASA和一众科学家否定。因为严格意义上来说，它们都没有离开太阳系。
经过40多年的飞行，旅行者1号如今距离地球约240 亿公里，而旅行者2号距离地球则是199亿公里左右。这个数字看起来很大，然而事实上它们连1光年的距离都没飞到。1 光年约等于94607亿公里，而太阳系的半径估测为2光年左右，这意味着旅行者若想离开太阳系，至少还需要3到4万年时间。
从这里可以看出，在宇宙中，公里（千米）这个单位实际上已经失去了意义。唯有光年才能更简洁地表现出星际中的距离，而为什么要采用光年做单位呢？这就要说到光速的限制了。
速度存在极限
真空中的光速是自然界中的最大速度，这是爱因斯坦的相对论所决定的。根据相对论，光速在真空中是一个绝对常数，无论观察者是静止的还是以任何速度运动。
当一辆汽车在以高速行驶，如果我们站在路边观察，看到的是汽车以某个速度快速通过我们。但是，如果我们坐在汽车上以与汽车相同的速度行驶，那么对于我们来说，汽车将看起来是静止的。这是因为我们与汽车相对静止，所以我们的观察结果是不同的。相对论告诉我们，当物体接近光速时，时间会慢下来，长度会收缩，质量会增加。随着物体的加速，这些效应会变得越来越显著。而当物体以光速运动时，时间似乎停止，长度完全收缩，质量变得无穷大。
这就是为什么光速被视为最大速度的原因。如果一个物体以光速运动，它的质量将变得无穷大，所需的能量将变得无限，而时间似乎停滞不前。这是不可行的，违反了物理学的基本原理。
此外，突破光速将导致因果关系的混乱。想象一下，如果我们能够以超光速的速度移动，我们将能够回到过去或者超越未来，这将违背因果关系的稳定性。光速限制的存在，使得星际飞行也存在限制，然而有科学家发现宇宙中还存在一个光速以外的速度限制。
GZK极限
GZK极限是指由Greisen、Zatsepin和Kuzmin三位科学家提出的一个理论上限，用于描述从遥远宇宙中来的宇宙射线所应具备的最大能量限制。
GZK极限的原理涉及到宇宙中存在的一种称为宇宙微波背景辐射的辐射场。宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的余辉，在宇宙中无处不在，由宇宙早期的热辐射演化而来。这个辐射场的存在对于高能宇宙射线的传播产生了影响。
当高能宇宙射线与宇宙微波背景辐射发生碰撞时，会发生一种被称为GZK效应的现象。GZK效应涉及到高能宇宙射线与宇宙微波背景辐射相互作用，产生了次级粒子，如介子和光子。这些次级粒子会与宇宙微波背景辐射中的光子再次相互作用，导致高能宇宙射线的能量逐渐减少。
根据GZK极限的理论，当高能宇宙射线的能量超过某个特定的阈值时，它们与宇宙微波背景辐射的相互作用会变得非常频繁，导致它们的能量迅速衰减。这个阈值被称为GZK极限能量。根据目前的理论估计，GZK极限能量约为5 x 10^19电子伏特（eV）。这意味着无论宇宙中有多强大的能量源，它们所释放的宇宙射线的能量都不可能超过GZK极限能量。因为超过这个极限后，宇宙射线与宇宙微波背景辐射的相互作用会导致它们的能量迅速减小，使得它们无法保持足够的能量在宇宙中传播到地球。
同样的宇宙飞船也存在这么一个速度极限，一旦超过特定阈值它就会与光子相互作用，严重时甚至会导致飞船解体！除了速度外，宇宙本身对于人类来说也存在限制。
无穷无尽的宇宙
宇宙在大约138亿年前诞生，然而我们的可观测宇宙半径却为465亿光年。有人要问了，这岂不说我们可以看到宇宙诞生前的光景？事实上是不可能的。
根据目前的宇宙学理论，我们相信宇宙的膨胀是以光速以下的速度进行的，但并不是固定的速度，而是随着时间的推移而改变。当我们看向远处的天体时，我们实际上是在观察它们发出的光在宇宙中传播到达我们的地球。由于宇宙的膨胀，这些光线在传播过程中也会受到宇宙膨胀的影响，从而导致它们的波长延长，即光的红移现象。
由于宇宙的膨胀速度不是恒定的，不同距离处的天体受到的膨胀影响程度也不同。在过去的138亿年中，宇宙的膨胀使得远离我们更远处的天体比靠近我们较近处的天体更受影响，导致它们的光线的红移更为显著。
现在回到可观测宇宙半径为465亿光年的问题。这个数值是根据我们观测到的宇宙中最远处的天体的红移来估计的。由于宇宙的膨胀，这些天体的光线在传播到地球时经历了大量的红移，使它们的波长变长，从而使它们的光变为微波背景辐射（CMB）。这些微波背景辐射的波长现在被观测到约为微波段，对应着远离我们约465亿光年的距离。
我们无法直接观测到宇宙诞生前的景象。因为在宇宙诞生时，宇宙处于非常高密度和高温的状态，光无法在其中传播，所以我们无法看到宇宙诞生的瞬间。我们观测到的微波背景辐射是宇宙诞生后约38万年的一个时刻，当时宇宙已经冷却到允许光线传播的程度。
根据宇宙膨胀的理论。远离我们的天体将会距离我们越来越远，465亿光年外的天体将永远无法被人类观测，我们可能永远不知道那外面的宇宙究竟是什么样的。
结语
光速是宇宙中传播的最大速度，超过光速的传播将受到GZK效应的限制，能量将迅速减小，无法保持足够的能量传播到目标地点。同时，宇宙的膨胀使得远离我们的天体不断远离，将来会有更多的天体进入我们无法观测到的范围。
这些限制对于人类的认知和探索宇宙的能力产生了一定的影响。尽管我们无法直接观测宇宙诞生前的景象，无法突破光速限制，也无法观测到更远处的天体，但科学家们利用间接观测和推断的方法，仍然能够不断深化对宇宙的理解。
随着科技的不断进步，我们对宇宙的研究将继续深入，或许未来某一天，我们会掌握虫洞或者曲速引擎等黑科技，那时光速不再是限制，探索更大范围的宇宙也未尝没有可能。
