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回顧:1光年有多遠?光走1光年,真要1年的時間?光:只要一瞬間

2024-10-11科學

光年是一種表示長度的單位, 不是時間單位,一般是人類用於表達宇宙中各個天體之間的距離。

由於宇宙中並非完全的真空環境,光線的傳播速度與途徑也不是一成不變的,光年的概念只是人類管局光線傳播的速度做出的假設性測量單位。

我們一般認為,光在真空中傳播的速度大約為每秒30萬千米。那麽,1光年到底有多遠?光走1光年,真的要用1年的時間嗎?

光年和光速

光年是指光在宇宙真空中沿直線經過一年時間的距離,大概為9,460‘7304’7258‘0800公尺。

在人類探索太空之前,我們對於距離的定義還在地球範疇內。自天文望遠鏡用於宇宙觀測後,人們對於空間俺的距離有了新的認識,歲科技的發展,人類對宇宙的認識提高很多,適用於地球的那一套距離計演算法則已經不能夠滿足宇宙空間的計算。

在1676年, 丹麥的科學家O.C.羅默首次提出了光具有速度的設想, 並初步得出了其速度的傳播數據。到了十八世紀上半葉,科學主流慢慢接受了光有速度這想法,並不斷地嘗試計算出光線傳播的速度。

後來,光速隨著時間的延伸出使科學家發現了可以參考的距離表達方式,於是就有了「光年」。後來,科學家還 將地球到太陽之間的距離會為一個整數值,稱為「1個天文單位」 ,其它天體之間的距離就是參考這個單位為基礎計算出來的。而光年和光速之間的換算公式就是:

因為光年中帶有表示時間的「年」字,又是導致吳用,認為其是計算時間的單位,但實際上這是長度單位。光速就要好理解一些,是速度單位。

慢鐘效應

在愛因史坦的相對論中, 時間和空間一起構建成為時空,時間單線向前,而空間向各個方向無限延伸。但 時間不是絕對的存在,而是相對的。

這裏面的觀點認為, 物質運動速度越快,相對其本身的時間流速來說就會越慢。 就像是甲和乙做同一件事情,但是甲的速度比乙的速度快,於是相對於乙來說,甲的時間流速就要慢一些。

為了驗證這個觀點的正確性,科學家曾將兩個銫原子鐘分別安置在兩架飛往相反方向的飛機上,他們利用美國的天文台時鐘固定時間流速作為參考,後來發現在運動的飛機上,這兩個時鐘的時間都比天文台的時鐘走得慢。這就是 「慢鐘效應」,也被稱為「時空膨脹」

這個實驗也證明了, 物質的運動速度和時間的流速是成反比的。 物質運動速度越快,相對而言其時間的流速就越慢。

以此類推, 當物質的運動速度達到了光速,那麽時間對於它來說就像是陷入了靜止狀態。

所以在這個基礎上,愛因史坦還曾認為只要物體的運動速度達到光速,那麽這個物體就能實作時空穿越。

但實際上 光速是物質不可能到達的極限速度, 因為運動速度越快,物質的品質也就會越大,其運動所需要的能量推動也就越多,到達光速時所需要的能量就是無窮大。且不說在哪裏去尋找可以無限推動物質前進的無窮大能量,單是無限增大的品質就以可以將物質在真空和光速中分解成粒子。

所以有品質的物質不可能將運動速度提到光速,更不可能以光速在宇宙中穿行。只有 當靜止時本身品質為零的光子才能忽視運動時品質的增加,滿足在宇宙中以光速運動的條件。

因此,對於速度遠不及光速萬一的人類來說,一光年是光要花費一年的時間才能到達的距離,但對於光來說,一光年的距離並不用花費一年的時間,它只需要一瞬間。

計算時間

以人類的角度來解釋,一光年就是光走一年的距離,這裏面明明白白地表達了光走了一年。但同時,這是站在地球上人的視角來計算光在太空穿行的速度, 這個計算方式的參考系是人類,而不是光本身。

可以這麽說, 在宇宙中的光速和地球上的人類時間計算方式是不一致的,因為光速運動下的物質已經超越了時間概念, 對於它們來說,時間可以忽略不計。

對此我們可以理解為: 光速和觀測者相對於光源的運動速度無關。 在光的視角,一光年的距離瞬間就到達。

這裏面的時間計算方式是相對而言,就有點類似於 「天上一天,人間千年」

其實有很多科幻和神話故事就是站在相對的時間計算方式來創作的,比如東方的傳統神話故事,天上的神仙永遠比凡界的人類老得慢;再比如劉慈欣的【三體】,程心跌入死線幾個小時,出來後世界上卻已經過了千年。