“光年”是一個用來衡量天體之間距離的“長度單位”,在天文學中天體之間距離太過于遙遠,在計算恒星和恒星之間的距離,或者去描述某個宇宙結構時,人類常用的距離單位經常會“不夠用”,因為數據太過于龐大了,所以人類就創造出了更大的長度單位“光年”。
光速是宇宙中最快的速度,299792458m/s,接近每秒30萬公裡,對于人類來說這個速度很快了,在宇宙目前還沒有發現物體移動的速度可以超過光速,而光年指的就是光在真空狀态下向一個方向移動一年的距離,一光年換算成米的話是9,460‘7304’7258‘0800米。
那麼對于光線本身來說,移動1光年需要多長時間呢?答案可能和你想的不一樣,并不是1年,而是一瞬間!為什麼會這樣說呢?光年不是光移動一年的距離嗎?為什麼對于光線本身來說一光年的距離隻是一瞬間呢?
首先,光速确實是宇宙中最快的速度!并且從人類的物理理論來看,任何有質量的物體運動時的速度都無法超過光速,因為一個物體越接近光速,它的質量就越大,達到光速時這個物體的質量就等于“無限大”了,可是能量是有限的,宇宙中沒有無限大的能量讓一個物體加速到光速,所以任何有質量的物體都無法達到光速。
在宇宙中最快的光速,其實對于整個宇宙來說并不快,因為宇宙太廣闊了!即使以光速移動,想要跨越星系拜訪其他的星球也需要極其漫長的時間,比如說距離太陽系最近的恒星系是“比鄰星系”,我們距離比鄰星系4.2光年,從我們的視角來看太陽發出的光需要4.2年才能抵達比鄰星。
如果此時此刻你在比鄰星系觀察地球,看到的并不是現在的地球,而是4.2年前的地球!因為我們觀察物體時需要借助光線,光線攜帶的信息傳遞速度是有限的,這就造成了我們在夜晚看到的星星其實都是它們很久之前的樣子,甚至有可能有的恒星已經死去了,我們仍然能在夜空中看到它在發光發熱。
1光年是光在理想狀态下運動的距離,在真正的宇宙中,光移動一年的距離可能達不到标準的1光年,因為我們的宇宙并不是絕對真空的狀态,在宇宙中存在少量的星際氣體和宇宙塵埃,這些細小的顆粒會對光線的移動造成一些影響,其次宇宙膨脹也會影響光線的移動,這些因素都會導緻光線移動1年的距離達不到标準的1光年。
當然,光年是一個長度單位,是為了方便我們計算宇宙中天體之間的距離才誕生的,即使宇宙中光線移動一年有時候達不到标準意義上的1光年也沒有影響,在計算時這些誤差都會被忽略掉,畢竟宇宙中的天體都在不斷的運動,比較小的誤差都可以被忽略。
為什麼1光年對于光來說不是1年?鐘慢效應是一個很常見的物理現象,在我們的身邊無處不在,隻不過鐘慢效應在我們日常生活中産生的時間膨脹很短暫,幾乎可以忽略。簡單來說鐘慢效應指的是時間并不是一個絕對的物理量,在某些情況下時間會相對性的發生變化。
一個物體在高速移動時,這個物體經曆的時間要比正常的物體“更慢”一些,因為宇宙中的時間和空間是一個密不可分的整體,空間的變化會影響時間,時間的變化也會影響空間,一個物體在空間中的運動速度越快,它經曆的時間流速就會越慢,這就是“時間膨脹”。
可能你會覺得這個說法不正确,其實已經有實驗證明了這個現象,Μ子是宇宙中的一種輕子,π介子的衰變會産生Μ子,每一秒來自地球之外的宇宙射線擊中大氣層都會制造大量的M子,這些M的半衰期是2.2微秒,也就是說正常情況下在2.2微秒後M子就會衰變消失。
科學家發現,在地勢比較低的地方仍然可以發現很多Μ子,按理來說M子從高處落下應該已經經過了多個半衰期才對,可是它們仍然可以抵達地表,這是因為相對于觀察者來說,Μ子在高速移動,它經曆的時間要比觀察者慢10倍,所以Μ子才能抵達地表。
宇宙射線撞擊大氣層制造的M子速度能達到98%的光速,我們在實驗室中可以制造出正常速度的M子,宇宙射線制造出來的M子衰變速度要比正常的M子慢5倍以上,這足以證明“時間膨脹效應”的真實性。
物體移動的速度越接近光速,它經曆的時間就越慢,而對于進行光速移動的光子本身來說,它的時間在抵達目的地和其他物質發生相互作用之前都是靜止的,所以光子移動一光年不需要1年的時間,對于光子本身來說時間并沒有流逝!
在未來“時間膨脹”現象很可能會成為人類在宇宙中進行星際旅行時的關鍵,比如說一艘宇宙飛船要前往10光年外的某個星球,往返一次就需要整整20年,這樣的話會消耗宇航員太多的光陰,誰也不想自己20年的歲月都在宇宙飛船中度過,可是因為時間膨脹效應,如果這艘宇宙飛船足夠快,那麼飛船的時間就會相對的變慢,宇航員不用花費20年的時間就可以完成任務,這對于人類的星際探索會有很大的幫助!
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