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光子為什麼在太空行走那麼遠

圖文 更新时间:2024-06-30 05:44:24

光子為什麼在太空行走那麼遠?在和天文學相關的一系列距離單位中,我們最常聽到的是天文單位和光年,接下來我們就來聊聊關于光子為什麼在太空行走那麼遠?以下内容大家不妨參考一二希望能幫到您!

光子為什麼在太空行走那麼遠(為什麼科學家說)1

光子為什麼在太空行走那麼遠

在和天文學相關的一系列距離單位中,我們最常聽到的是天文單位和光年。

其中天文單位是指地球到太陽的距離,約為1.5億公裡,一般用于描述太陽系内天體之間的距離。

比如地球到火星最遠的時候有4億公裡,可以表述成2.6個天文單位,距離木星7.8億公裡,也就是5.2個天文單位。

而光年雖然帶了一個年字,但實際上卻是一個距離單位,表達的是光子在真空中飛行一年所經過的距離長度,也就是30萬公裡乘以31556952秒,最後算出來的一光年的距離長度為94607億公裡,9.46萬億公裡。

如此遙遠的距離,一般用來描述太陽系外天體與地球的距離,比如距離我們最近的恒星,是4.22光年外的比鄰星,距離我們最近的星系,是250萬光年外的仙女座星系。

有趣的是,經過天文學家們的測算,我們太陽系的半徑也剛好是1光年,所以說早在1977年就發射升空的旅行者一号探測器,雖然已經飛出了太陽系日球層邊界,但想真正飛出太陽的引力有效範圍,還得再飛至少3萬年才行。

而太陽系,隻是宇宙中一個小水窪罷了

從哈勃望遠鏡在2012年拍攝到的哈勃極深場裡,天文學家發現了一萬多個星系,其中最遠的距離地球133億光年,這些直徑在數萬光年到數十萬光年的巨無霸,是遠比太陽系這種直徑兩光年的小喽啰更宏大到存在。

但它們和可觀測宇宙比起來,又算不了什麼

宇宙學家們結合最新的哈勃常數,計算出了可觀測宇宙的半徑是465億光年,直徑是930億光年,大緻是一個以地球為圓心,465億光年為半徑的球形結構。

單從數字上來看,光從可觀測宇宙的一端飛到另一端,需要930億年的時間,但事實上并非如此,真實情況是,光子不論是飛1光年還是飛930億光年,都不需要時間,在它們的世界裡不論再遠的地方,都能瞬間到達。

造成這種反直覺現象的原因,在于時間膨脹

在愛因斯坦于1905年發表的狹義相對論中,時間的流逝速度會随着物體的運動速度而變慢,簡而言之就是你跑得越快,你老的就越慢,如果駕駛一艘近光速飛船繞地球飛1年的話,等你再回到地球後,地球上就會過去幾百年甚至幾千年,而你隻老了一歲。

根據時間膨脹公式,如果物體的運動速度達到了光速,那麼時間對這個物體而言就是靜止狀态,因此對于宇宙中唯一能真正達到光速的光子們來說,雖然可觀測宇宙的半徑達到了465億光年,但由于時間對它們而言是靜止的,所以在它們的感覺裡,自己可以在瞬間到達宇宙中任何一個地方。

如果未來人類真的發明出了光速飛船,那麼當飛船的速度達到光速的99.999985%時,飛船上每過24小時,地球上就會過去5年,當飛船速度達到光速的99.99999996247%,飛船上的一天,就是地球上的100年。

所以說人類是完全可以在有生之年飛到數十億光年,甚至數百億光年遠的地方的,隻要飛船的速度足夠接近光速就行。

唯一的問題就是,由于地球本身的運動速度還處于低光速階段,所以光速飛船的駕駛員們返回地球後,地球肯定已經大變樣了,他們的親戚朋友老婆孩子,很可能已經去世幾千年甚至幾萬年了,甚至地球上還有沒有人都不好說。

總之

宇宙雖然很大,但依靠近光速飛行時的時間膨脹效應,人類個體還是有機會遨遊全宇宙的,而對于光子們來說,宇宙的大小是沒有意義的,它們能在瞬間到達億萬光年外。

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