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出发之前，我们必须理解“航行”和“宇宙”这两个术语的含义。“宇宙”一词的字面意思是存在的一切。然而，天文学历史可以看作是一系列步骤，每走一步，宇宙似乎就变得更大。所以我们所说的“一切”也会随着时间的推移而改变。
如今，大多数宇宙学家接受大爆炸理论——根据该理论，宇宙在大约140亿年前开始处于大压缩状态。这意味着我们能看到的最远的距离是自宇宙大爆炸以来光走过的距离。这定义了可观测宇宙的大小。
那么“航行”是什么意思呢？首先，我们必须区分观测宇宙和穿越宇宙。观测是天文学家的工作，以及我们将会看到他们回顾过去。旅行是宇航员做的事，包括穿越太空。旅行还包括另一种航行。因为当我们从地球旅行到可观测宇宙的边缘时，我们实际上是在追溯人类关于宇宙尺度的思想历史。现在我们将依次讨论这三段旅程。
天文学家接收到的信息来自以光速（300000千米或186000英里/秒）传播的电磁波。光速虽然非常快但它是有限的，天文学家经常用光旅行时间传播的距离来测量距离。例如，光从太阳到达我们需要几分钟，但从最近的恒星到我们则需要几年，从最近的大星系（仙女座）到我们需要几百万年，从最遥远的星系到我们需要几十亿年。
这意味着当一个人超远距离观测时，他也在更深入地观测过去。例如，如果我们观察一个1000万光年远的星系，我们看到的是它1000万年前的样子。因此，从这个意义上说，一次穿越宇宙的旅行不仅是一次穿越太空的旅行；也是一次穿越时间的旅行——正好回到大爆炸。
我们不可能一直观测到大爆炸。早期的宇宙太热了，形成了一团粒子雾，导致我们的视线无法穿透。当宇宙膨胀时，它冷却了，大爆炸后38万年，雾消散了。然而，我们仍然可以用我们的理论来推测在那之前的宇宙是什么样子的。由于密度和温度随着时间的推移而增加，我们的推测依赖于我们在高能物理学领域的理论，但我们现在对宇宙的历史有了相当完整的了解。
人们可能会认为我们穿越时间的旅行会在大爆炸时结束。然而，科学家们现在正试图理解创造本身的物理原理，任何能够产生我们宇宙的机制原则上还可以产生其他的宇宙。例如，一些人认为宇宙经历了膨胀和坍缩的周期，给我们留下了在时间拉长的宇宙。另一些人认为，我们的宇宙只是散布在太空中的许多“泡泡”之一。这些是所谓的“多元宇宙”提议的变体。
由于时间的原因，在宇宙中进行物理旅行更具挑战性。物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出了关于空间和时间的两个重要理论。他在1905年发表的《狭义相对论》中提出，宇宙飞船的运行速度不可能超过光速。这意味着至少需要10万年才能穿过银河系，100亿年才能穿过宇宙——至少在地球上的人看来是这样。但狭义相对论还预测，对于移动的观察者来说，时间流逝得更慢，因此对宇航员本身而言旅程可能更快。的确，如果一个人能以光的速度旅行，那么时间将不会流逝！
没有一艘宇宙飞船能像光速一样快，但仍然可以逐渐加速达到这个最高速度；那所经历的时间将比地球上的时间短得多。例如，如果一个人被推进由于地球上的重力导致的物体坠落的加速过程中，穿越我们的银河系似乎只需要大约30年的时间。因此，你可以在自己的一生中回到地球，但是你的朋友们早已死去。如果一个人继续在银河系外加速一个世纪，原则上，他就可以到达目前可观测到的宇宙的边缘！
爱因斯坦的另一个理论——广义相对论（1915年）可能允许更多奇异的可能性。例如，也许有一天宇航员可以使用虫洞或空间扭曲——就像《星际迷航》和其他的流行科幻小说系列一样——使旅程变得更快，回到家而不会失去任何朋友。但这些都只是推测。
古希腊人认为地球是宇宙的中心，与行星、太阳和星星离得比较近。地心说在16世纪被推翻，当时哥白尼指出地球和其他行星围绕太阳运行（太阳神）。然而，日心说并没有持续很长时间。几十年后，伽利略用他新发明的望远镜观测到银河系——当时人们只知道它是天空中的一束光——由无数个像太阳一样的恒星组成。这一发现不仅削弱了太阳的地位，而且大大增加了已知宇宙的大小。
到18世纪，人们普遍认为银河系是一个由恒星（星系）组成的圆盘，由引力把它们连在一起。然而，大多数天文学家仍然认为银河系构成了整个宇宙，这种以银河系为中心的观点一直延续到20世纪。1924年，爱德文·哈勃测量了离我们最近的大星系（仙女座）的距离，发现它一定远在银河系之外。人类对宇宙大小的认知又一次转变！
几年间哈勃望远镜就获得了几十个邻近星系的数据。数据显示所有星系都在远离我们，其速度与它们离我们的距离成正比。最简单的描述方法是把空间本身想象成膨胀的，就像画上星系的膨胀的气球表面。这种膨胀被称为哈勃定律，它现在被证明适用于数百亿光年的距离，一个包含数千亿星系的区域。宇宙大小的又一次巨变！
宇宙中心论认为这是宇宙大小的最终变化。因为宇宙的膨胀意味着，当一个人回到过去，星系会逐渐靠近，并最终合并。在此之前，宇宙的密度一直在增加——回到140亿年前的大爆炸时期——从那时起，我们就再也看不到光所走过的距离以外的东西了。然而，最近有一个有趣的观察发现。尽管人们预期由于重力的作用，宇宙的膨胀会减慢，但目前的观测表明，它实际上正在加速。解释这一现象的理论表明，我们可观测的宇宙可能是一个更大的“泡泡”的一部分。而这个泡沫本身可能只是众多泡沫中的一个！
因此，我们这三次旅行的终点——第一次穿越时间，第二次穿越空间，第三次追溯人类思想史——是一样的：那些未观测到的宇宙，只能通过理论在我们的脑海中探访！
阿尔伯特·爱因斯坦，物理学家和数学家，出生于德国，但他的家人后来搬到了意大利，然后又搬到了瑞士。他从小就表现出对科学的兴趣——5岁时，他迷上了指南针，对指南针一直指向同一个方向充满兴趣。12岁时，他自学了代数和几何。
1905年，26岁的他发表了三篇关于科学的文章。其中一篇《论运动物体的电动力学》，即广为人知的“狭义相对论”。十年后的1915年，他发表了“广义相对论”。
爱因斯坦是犹太人，1932年12月，也就是阿道夫·希特勒成为德国总理的前一个月，爱因斯坦放弃了德国国籍。他搬到了美国，在那里度过了余生。他是个和平主义者，反对原子弹。他想要世界和平和建立一个世界政府。
阿尔伯特·爱因斯坦在1921年被授予诺贝尔物理学奖。许多人认为他是有史以来最伟大的数学物理学家。
宇宙中的一切都在运动。相对论描述了空间、时间和运动之间的联系。爱因斯坦在他的狭义相对论中提出，无论光源如何运动，真空中的光速对于任何观察者而言都是一样的。同样，如果观察者相对于其他观察者是匀速运动，这个物理定律依然成立。这个理论产生了一些有趣的结果，包括能量和质量是可以互相改变的，没有什么东西比光的速度更快。这个理论引出了著名的爱因斯坦定理：
广义相对论是关于引力的。爱因斯坦认为空间中的物质扭曲了它周围的空间，使它弯曲。这种弯曲就是我们所说的引力，但我们通常使用的那种几何只适用于平面物体，因此不能用来描述弯曲空间。广义相对论描述了引力如何影响时间和空间。