当前位置: 易点彩票 > 新闻资讯 >

一光年的距离,光真的要走一年时间吗?光:只是一瞬间

时间:2022-09-10 14:16来源:易点彩票 点击:

人类对于光,总有着一种别样的情怀。中国早在战国时期,墨子就发现了光的反射定律,同时建立起来了中国的光学体系;《圣经》旧约里的创世纪篇章中有写,大地是黑暗混沌的,直到神说:“要有光。”于是就有了光。神将光和暗分开,并且将光称为昼,将暗称为夜,这就是头一日。因此在当时的西方,人们认为是上帝创造了光,而有光,才有了人类,有了万物的诞生与生长。

人类对光的需求是从诞生之初就开始的,光是人类生存的必需品,也是大自然存在的根本,但是夜晚的来临总会驱散光,而身在暗处非常危险且充满未知,比如远古时期,南猿的天敌就会在漆黑的夜晚出没。人类为了留住光,慢慢生产出了火把、油灯,以及现在人类社会必备的电灯,这也使得人类从原始走向了文明。

点燃文明的光亮

而因为各个民族的传承和认知不同,光在各个文化的颜色也不一样。古时候的中国认为光是红色和黄色的,然而由于古代的黄色一般被皇帝所独有,所以老百姓通常使用的是红色,比如结婚、寿宴等,都会摆上大大的红灯笼,具有着鲜明的中国特色。而西方对于“光文化”的传承则是以冷白色为主,他们结婚的婚纱用的便是白色,婚车也挂着白色的绸缎。

中国人认为“红光”代表喜悦吉利

光是什么?

抛开人类社会中赋予给光的种种含义,它究竟是什么呢?在物理概念中,光是一种处于特定频段的光子流。当光源中的电子有了额外的能量,就能发出光,而当能量不足,电子就会加速运动,以波的形式释放出能量。同时,跃迁之后如果能够填补轨道上面的空位,变成了稳定态。如果并没有填补空位,电子就会再次跃迁回去之前的地方再释放能量。

光子流

同时人类根据各种研究和不断的实验发现,光拥着四个较为重要的特征。一是光是呈直线传播,比如选择一个晴朗的白天,我们外出观察,就能看见笔直的光柱,还有小孔成像、影子的形成,以及日月食都能说明这个事实。

二是光以波的形式传播,就比如湖面上被风吹动的波纹,不同的波长,光也就会呈现出不同的颜色。荷兰物理学家惠更斯提出了光的波动说,然而在当时并没有很多人支持他,直到19世纪才有科学家完成了光的双缝干涉实验,证明了波动说的正确性。

光波

三是光的速度非常快,在真空中的空气比在空气中的要慢一些,而在水中,或者穿透过玻璃,类似上面这样折射率更大的介质中,光的传播速度还要更慢。

四是光的能量是量子化的,光的量子被人们叫做光量子,简称光子,爱因斯坦通过光电效应的实验,证明了光具有粒子的属性,因此提出了光量子说,并且与波动说结合到了一起,人们也因此对光的认知更加清晰了。

光量子

光年又是什么概念?

虽然说是“年”,看起来像一个时间的单位,但其实光年是长度单位,就是光在宇宙真空环境下,沿直线经过一年时间的距离,叫做光年。一光年的距离就等于9460730472580800米。光年一般用来计算在宇宙中天体之间的距离,比如太阳与另外一个恒星之间的距离是多少。

美国最快的飞机可以达到11260千米/小时的时速,而按照这个速度,需要花大约95848年的时间才能走过一光年的距离。而目前来说人造的最快速度物体还是上个世纪的70年代,美国和德国联合制造发射的Helio-2卫星,最高速度为每小时252792千米,这也需要花费4000年左右的时间才能走过一光年,时间之久,足以人类再一次进化了。

Helio-2卫星

事实上,在1676年以前,人类都认为光的传播不需要时间。1676年丹麦的一位科学家罗默率先提出了设想:光的传播需要时间。然而直到18世纪,科学界才普遍接受了这一观点,并且得出了大概的光速,1838年,德国天文学家使用了“光年”作为天文学测量单位。而现在,人类能够观测到的宇宙范围,已经超过100亿光年了。

除了代表距离单位,光年其实还代表我们看到这颗遥远的恒星或者星系多少年前的样子。因为人类是通过可见光来感受到物体的,人的眼睛只能被动接受光源或者光的反射,而光的传播速度虽然非常快,但是它的传播也是需要时间的,而我们看到的东西,其实都是光经过了一定的时间以后,才传递到我们眼里的。

光线的传播

也就是说,我们看到的一光年外的星球,其实是它1年前时候的模样。通过望远镜等一些设备,人类能够看到最远的星系大概在130多亿年,这也就意味着,我们现在所看到的星系,其实是它130亿多年的样子,如果我们想要看到它现在的模样,就要等到130亿多年以后了。

人类角度

光走一年的距离,真的要花一年的时间吗?

事实上,人类测算的光年是光呈直线传播的速度,并且处在无引力场和磁场的干扰的完美环境,但是庞大的宇宙中并不是完全真空的,宇宙中存在着星体、星云、陨石、宇宙尘埃等物质。而光在不同的介质下传播的速度不同,理论上在真空中传播速度是最快但宇宙中的各种各样的物质会成为光前进路上的“绊脚石”。

宇宙并不“空反而很满

从量子场论观点来看的话,光射入介质当中,光子要与原子发生相互作用,而这个作用是需要一定的时间的,原子会吸收光子,被激发后再去释放光子,这个过程会导致时间延长,也就是说,距离一光年,实际上光需要走的时间要大于一年。

而宇宙中有着许多的大质量天体,而直线的光在经过这些天体时,难免会产生偏折,理论上来讲光是没有质量的,不会受到引力场的影响,但是实际上,光是会受到引力的作用发生偏折的,大质量的天体会把光线的直线扭曲,并且暗物质和黑洞同样也会对光的传播造成影响,加剧了其传播的复杂性,比如黑洞的引力场过大,光的路径会被严重扭曲,导致无法脱离,黑洞周围自然就没有光了。

黑洞

宇宙角度

其实从宇宙的角度来说,光子本身是没有时间的概念的,处在光速运动下的光子只需要瞬间,就能去到任何地方,它的时间已经被拉到无限长了。对光子而言,它的时间体系和最开始出发的时候是一模一样的,是没有任何一个时间可以计算的,哪怕是一个普朗克时间。

爱因斯坦的相对论认为,时间与空间是一个不可被分割的整体,它们一起组成了时空这个维度,这也令我们的空间变成了四维空间。也因此,当一个物体运动的速度越来越快,它周围的时间也就会越来越慢,这就是时间膨胀效应,同样也被称为钟慢效应。

时间受物体运动速度影响

在相对论被创立之前,人类认为时间的流逝是绝对的,对于所有人都是一样的,无论是在宇宙中的何处,还是处在什么样的运动状态下,时间永恒不变。然而爱因斯坦的相对论提出以后,却告诉了世人:时间是相对的,是与观察者的状态有关系的。这也就是其中“相对”的含义。与相对论的狭义和广义相同的是,钟慢效应也有着狭义和广义的区别。狭义不涉及到引力的存在,而广义涉及到引力。

爱因斯坦与相对论

狭义相对论表明,如果地球上有两个时钟,一个是静止的,一个是运动的,那么两个时钟显示出来的时间也就不一致——运动的时钟会比静止的时钟更快,并且运动的速度越快,显示出来的时间也就越慢。

假设运动的时钟速度为每秒7.9千米,这也被人们称为是第一宇宙速度。在这个基础上,运动时钟每天会比静止时钟慢30微秒,变化极小,人类平时很难感知到这种微弱的钟慢效应。而当速度接近光速时,比如当运动时钟的速度达到光速的99.5%时,钟慢效应就开始明显了起来,比静止时钟慢了10倍,如果当速度达到光速的99.9999995%,运动时钟则比静止时钟慢了足足有10000倍!

光束运动

为了验证钟慢效应,科学家们将两个铯原子钟放在了两架分别向东和西方向飞行的客机上面,最后通过与美国天文台的时钟进行对比,发现在飞机上经过了运动的两个时钟都比在天文台上的时钟慢。这些也都证实了,当光以光速前进,时间就会如同静止一般,也因此,光前进一光年的距离,对它而言只是一瞬间而已。

铯原子钟

亚光速

人们普遍认为光速是世界上最快的速度,人类目前来说根本无法达到这种速度,并且光速运动是需要极大的能量的,而这种能量,人类无法提供。就目前来说,各个国家和组织只能做到将单个的粒子,加速到亚光速,即为接近于光速的速度。

当一个物体的速度大于光速的90%,但是并没有超过光速的时候,我们就把这个物体的速度称为亚光速,也就是说,亚光速的速度大概是在270,000,000m/s~299,792,458m/s之间的范围。而根据目前的理论,通过轨道炮的辅助,人类可以将物体在理论上达到亚光速。

即使是亚光速也很快

结论

人类对于世界乃至宇宙的认知都太少了,我们还需要了解更多的知识,发现更多的真理。相对论的提出也令人们产生了时光穿梭的幻想,他们认为一个物体在光速下可以使时间静止,那么一个物体在接近光速的速度下,就能够来到未来。英国物理学家斯蒂芬·霍金发表了相关文章,表示穿梭时光理论上是可行的,但是:“人可以穿越未来,不可穿越过去!”因为回到过去,就违反了基本的因果论。

穿越时空终究只是人们的美好幻想

爱因斯坦认为,在三维速度中,不可能有物体超过光速,然而四维速度是无穷大的,光速只是最小的速度。但是按照人类的技术而言,目前来说速度最快的载人飞船是“阿波罗”10号,如果要实现时间旅行,那么速度就要达到阿波罗10号速度的27000倍。

阿波罗十号飞船

这是人类还无法做到的,但是科技还在不断地发展,未来是怎样的,没有人知道。或许在很久很久以后,人类能够成功接近甚至达到光速,穿越时光的科幻梦想也终将会在未来实现。

------分隔线----------------------------
栏目列表
推荐内容
易点彩票平台,易点彩票官网,易点彩票网址,易点彩票下载,易点彩票app,易点彩票开户,易点彩票投注,易点彩票购彩,易点彩票注册,易点彩票登录,易点彩票邀请码,易点彩票技巧,易点彩票手机版,易点彩票靠谱吗,易点彩票走势图,易点彩票开奖结果