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    一光年有多遠(yuǎn):旅行者一號(hào)要飛3萬年,光子不需要時(shí)間?

     宇宙觀察 2021-12-01

    在和天文學(xué)相關(guān)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1.5億公里,一般用于描述太陽系內(nèi)天體之間的距離。

    比如地球到火星最遠(yuǎn)的時(shí)候有4億公里,可以表述成2.6個(gè)天文單位,距離木星7.8億公里,也就是5.2個(gè)天文單位。

    而光年雖然帶了一個(gè)年字,但實(shí)際上卻是一個(gè)距離單位,表達(dá)的是光子在真空中飛行一年所經(jīng)過的距離長度,也就是30萬公里乘以31556952秒,最后算出來的一光年的距離長度為94607億公里,9.46萬億公里。

    如此遙遠(yuǎn)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(jīng)過天文學(xué)家們的測(cè)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(fā)射升空的旅行者一號(hào)探測(cè)器,雖然已經(jīng)飛出了太陽系日球?qū)舆吔纾胝嬲w出太陽的引力有效范圍,還得再飛至少3萬年才行。

    而太陽系,只是宇宙中一個(gè)小水洼罷了

    從哈勃望遠(yuǎn)鏡在2012年拍攝到的哈勃極深場(chǎng)里,天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一萬多個(gè)星系,其中最遠(yuǎn)的距離地球133億光年,這些直徑在數(shù)萬光年到數(shù)十萬光年的巨無霸,是遠(yuǎn)比太陽系這種直徑兩光年的小嘍啰更宏大到存在。

    但它們和可觀測(cè)宇宙比起來,又算不了什么

    宇宙學(xué)家們結(jié)合最新的哈勃常數(shù),計(jì)算出了可觀測(cè)宇宙的半徑是465億光年,直徑是930億光年,大致是一個(gè)以地球?yàn)閳A心,465億光年為半徑的球形結(jié)構(gòu)。

    單從數(shù)字上來看,光從可觀測(cè)宇宙的一端飛到另一端,需要930億年的時(shí)間,但事實(shí)上并非如此,真實(shí)情況是,光子不論是飛1光年還是飛930億光年,都不需要時(shí)間,在它們的世界里不論再遠(yuǎn)的地方,都能瞬間到達(dá)。

    造成這種反直覺現(xiàn)象的原因,在于時(shí)間膨脹

    在愛因斯坦于1905年發(fā)表的狹義相對(duì)論中,時(shí)間的流逝速度會(huì)隨著物體的運(yùn)動(dòng)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,等你再回到地球后,地球上就會(huì)過去幾百年甚至幾千年,而你只老了一歲。

    根據(jù)時(shí)間膨脹公式,如果物體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速,那么時(shí)間對(duì)這個(gè)物體而言就是靜止?fàn)顟B(tài),因此對(duì)于宇宙中唯一能真正達(dá)到光速的光子們來說,雖然可觀測(cè)宇宙的半徑達(dá)到了465億光年,但由于時(shí)間對(duì)它們而言是靜止的,所以在它們的感覺里,自己可以在瞬間到達(dá)宇宙中任何一個(gè)地方。

    如果未來人類真的發(fā)明出了光速飛船,那么當(dāng)飛船的速度達(dá)到光速的99.999985%時(shí),飛船上每過24小時(shí),地球上就會(huì)過去5年,當(dāng)飛船速度達(dá)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(shù)十億光年,甚至數(shù)百億光年遠(yuǎn)的地方的,只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(yùn)動(dòng)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后,地球肯定已經(jīng)大變樣了,他們的親戚朋友老婆孩子,很可能已經(jīng)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(shí)的時(shí)間膨脹效應(yīng),人類個(gè)體還是有機(jī)會(huì)遨游全宇宙的,而對(duì)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(dá)億萬光年外。

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