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一年的路程

人气:592 ℃/2022-11-15 19:02:49

光年是光走一年的距离,是距离单位。但是,一光年的距离光真的需要走一年吗?

一光年是一个很大的距离,虽然光年是宇宙中基本的距离单位,但是对于人类来说,一光年之外的地方却是可望不可即,因为人类所能够运动的最快速度相对于光速来说简直是蜗牛之于火箭。

一光年的距离究竟有多远呢?简单来计算一下,光在真空沿直线传播的速度为30万公里每秒,那么一年的时间,光可以走9.64万亿公里。

这是一个什么概念?日地距离为1.5亿公里,光从太阳表面传播到地球上需要的时间是500秒,地球和月球的距离为38万公里,那么光从地球传播到月球上需要的时间就是1.3秒。

比邻星,是距离太阳最近的恒星,它与地球的距离为4.22光年,这意味着哪怕是以光速飞行,从地球到比邻星,也需要4.22年的时间。

美国于1977年发射了旅行者一号空间探测器,经过了40余年的飞行,旅行者一号目前已经飞出了太阳系,它的目标是比邻星,但是等到它飞到比邻星,那也是几万年之后的事了。

一光年的确是很难跨越的一个距离,假设此时有一个人以时速100公里驾驶着一辆汽车从地球到太阳,那么他需要的时间就是150万小时,也就是171年,那么如果距离进一步扩大到一光年的话,那么需要的时间就是1079万年,这简直就是一个天文数字,对于人类来说,寿命顶多不过百余年,所以说,如果速度不够快的话,人类很难走出太阳系到达另一个恒星系。

但是呢,光速虽然快,那也是有限的,所以这就意味着光的传播是有速度的也是需要时间的,但是实际上这个时间是相对于人类来说的,对于以光速运动的光子来说,它们是没有时间概念的,这是根据爱因斯坦的狭义相对论推导出来的结论,根据狭义相对论,当一个物体运动的速度越来越快的时候,时间相对于它来说就变得越来越慢,当速度达到光速的时候,时间相对于它来说就是停止了,所以,一光年距离对于光子来说可能需要一年的时间走完,有可能仅仅一瞬间就可以完成,不过时间的长短对于光子来说没有区别。

对于光速和光速(亚光速)运动状态下的时间膨胀问题,不少人总是会不由自主地陷入到泥潭中不能自拔,其实多半是参照系的出现了混乱,在不同参照系的来回变化中彻底蒙了,得出了很多看似“矛盾”的结果。

就好比问题的“光年”问题,首先要明白什么是光速,光速不就是光的速度吗?确实是,但我们还要明白光速不需要参照系,或者在任何参照系下任何运动状态下都是光速本身,光速是一个常数,就好像一个衡量宇宙其他速度和空间的标准尺度一样,是恒定的。

这个恒定值就是30万公里每秒(真空中),准确地数字是为299,792,458米每秒。

明白了这点,再了解光年的概念。

光年概念也很简单:光飞行一年的距离。

但注意这里的“一年”,这个时间是在人类眼里的一年,并不是光本身飞行的时间。

事实上对于光本身而言,无所谓时间的概念,也可以认为不需要任何时间,对于光本身来说可以瞬间穿越任意远的距离(不要以你自己为参照系去思考这个问题)。

就好像不少人经常假设一个人在光速飞船上飞行,如果飞船真的能达到光速,飞船飞到任何地方都不需要时间(在飞船的人眼里)。

但对于地球上的人类来说,这艘飞船仍旧以光速(30万公里每秒)飞行,飞行一光年仍旧需要一年!说白了,这就是爱因斯坦相对论中的时间膨胀和尺缩效应,也可以认为是“同时的相对性”:在一个参考系中同时发生的两件事件,在另一个参考系看来是不同时的。

最后强调一点:一定弄清楚参照系的选择问题,在不同的参照系下讨论事件的发生情况以及对错是没有意义的。

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