当前位置: 华文世界 > 科学

回顾:1光年有多远?光走1光年,真要1年的时间?光:只要一瞬间

2024-10-11科学

光年是一种表示长度的单位, 不是时间单位,一般是人类用于表达宇宙中各个天体之间的距离。

由于宇宙中并非完全的真空环境,光线的传播速度与途径也不是一成不变的,光年的概念只是人类管局光线传播的速度做出的假设性测量单位。

我们一般认为,光在真空中传播的速度大约为每秒30万千米。那么,1光年到底有多远?光走1光年,真的要用1年的时间吗?

光年和光速

光年是指光在宇宙真空中沿直线经过一年时间的距离,大概为9,460‘7304’7258‘0800米。

在人类探索太空之前,我们对于距离的定义还在地球范畴内。自天文望远镜用于宇宙观测后,人们对于空间俺的距离有了新的认识,岁科技的发展,人类对宇宙的认识提高很多,适用于地球的那一套距离计算法则已经不能够满足宇宙空间的计算。

在1676年, 丹麦的科学家O.C.罗默首次提出了光具有速度的设想, 并初步得出了其速度的传播数据。到了十八世纪上半叶,科学主流慢慢接受了光有速度这想法,并不断地尝试计算出光线传播的速度。

后来,光速随着时间的延伸出使科学家发现了可以参考的距离表达方式,于是就有了「光年」。后来,科学家还 将地球到太阳之间的距离会为一个整数值,称为「1个天文单位」 ,其它天体之间的距离就是参考这个单位为基础计算出来的。而光年和光速之间的换算公式就是:

因为光年中带有表示时间的「年」字,又是导致吴用,认为其是计算时间的单位,但实际上这是长度单位。光速就要好理解一些,是速度单位。

慢钟效应

在爱因斯坦的相对论中, 时间和空间一起构建成为时空,时间单线向前,而空间向各个方向无限延伸。但 时间不是绝对的存在,而是相对的。

这里面的观点认为, 物质运动速度越快,相对其本身的时间流速来说就会越慢。 就像是甲和乙做同一件事情,但是甲的速度比乙的速度快,于是相对于乙来说,甲的时间流速就要慢一些。

为了验证这个观点的正确性,科学家曾将两个铯原子钟分别安置在两架飞往相反方向的飞机上,他们利用美国的天文台时钟固定时间流速作为参考,后来发现在运动的飞机上,这两个时钟的时间都比天文台的时钟走得慢。这就是 「慢钟效应」,也被称为「时空膨胀」

这个实验也证明了, 物质的运动速度和时间的流速是成反比的。 物质运动速度越快,相对而言其时间的流速就越慢。

以此类推, 当物质的运动速度达到了光速,那么时间对于它来说就像是陷入了静止状态。

所以在这个基础上,爱因斯坦还曾认为只要物体的运动速度达到光速,那么这个物体就能实现时空穿越。

但实际上 光速是物质不可能到达的极限速度, 因为运动速度越快,物质的质量也就会越大,其运动所需要的能量推动也就越多,到达光速时所需要的能量就是无穷大。且不说在哪里去寻找可以无限推动物质前进的无穷大能量,单是无限增大的质量就以可以将物质在真空和光速中分解成粒子。

所以有质量的物质不可能将运动速度提到光速,更不可能以光速在宇宙中穿行。只有 当静止时本身质量为零的光子才能忽视运动时质量的增加,满足在宇宙中以光速运动的条件。

因此,对于速度远不及光速万一的人类来说,一光年是光要花费一年的时间才能到达的距离,但对于光来说,一光年的距离并不用花费一年的时间,它只需要一瞬间。

计算时间

以人类的角度来解释,一光年就是光走一年的距离,这里面明明白白地表达了光走了一年。但同时,这是站在地球上人的视角来计算光在太空穿行的速度, 这个计算方式的参考系是人类,而不是光本身。

可以这么说, 在宇宙中的光速和地球上的人类时间计算方式是不一致的,因为光速运动下的物质已经超越了时间概念, 对于它们来说,时间可以忽略不计。

对此我们可以理解为: 光速和观测者相对于光源的运动速度无关。 在光的视角,一光年的距离瞬间就到达。

这里面的时间计算方式是相对而言,就有点类似于 「天上一天,人间千年」

其实有很多科幻和神话故事就是站在相对的时间计算方式来创作的,比如东方的传统神话故事,天上的神仙永远比凡界的人类老得慢;再比如刘慈欣的【三体】,程心跌入死线几个小时,出来后世界上却已经过了千年。