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光走一光年的距离,真的要一年时间?光:只是一瞬间

从人类文明发源开始,人们就在不断地思考我们和宇宙之间的关系。古希腊的哲学家们曾经提出过很多设想,比如宇宙是一团永恒的活火;万物都从水中诞生……这些猜想随着人们对自然的更多了解而不断…

从人类文明发源开始,人们就在不断地思考我们和宇宙之间的关系。古希腊的哲学家们曾经提出过很多设想,比如宇宙是一团永恒的活火;万物都从水中诞生……这些猜想随着人们对自然的更多了解而不断被推翻。

但即使是如今的人们也不敢说,人类已经完全了解了自身所处的这个宇宙。对于广阔无垠的宇宙来说,我们就像是一个刚刚睁开眼的婴儿,对一切充满了好奇,并且一直在试图触碰、探索和理解周围的一切。

20世纪是一个人类科技飞速发展的世纪,尤其是在物理学上有了巨大突破。这些突破包括但是不限于核能的运用,为人们研究微观世界的物质运动提供了依据。在理论的同时,人们还正式开始了对宇宙的探索之旅,成功将飞船和宇航员送上了太空。

对于人类来说,探索宇宙最大的难题在于宇宙实在是过于宽广,对于现在的人类来说能够涉足的空间实在是太少了。上世纪美国发射的“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器花了数十年才能够飞到太阳系边缘位置,更不要说探索整个星系乃至于宇宙本身。

宇宙中最快的速度

我们知道不管是光还是声音,都有着自己的传播速度,而光的速度要比声音快得多。举个常见的例子,在打雷下雨的时候我们往往先看见闪电再听到雷声,实际上云层的放电现象是同时发生,只不过光传播的速度更快,先被我们的感官所捕捉到

如今人们已经可以制造出超越音速的交通工具、武器。马赫就是在此基础上产生的单位。比如我国的“东风-17”导弹就是一种高超音速武器,其最大速度可以达到12马赫,也就是音速的12倍。

当然,即使是高超音速武器,它的速度也无法和光速相比。光速在宇宙中传播速度最快,如果用我们常见的单位进行换算,那么速度大约是每秒30万公里,而地球和月球之间的距离是38万公里。

也就是说,地球上发出的光只需要一秒多就可以到达月球,这对于我们来说几乎就是一瞬间的事情,眨一次的时间就足够光行进一个来回。正是因为有这样的速度,因此科学家们将其作为了一种标尺,不光可以衡量速度,还能够衡量距离。

以光为基准的距离单位

宇宙对于人类来说,空间实在是过于宽广了。地球对于我们来说已经是一个巨大的家园,在近现代交通工具蓬勃发展之前,地球上的人们并不能进行自由的交流,要去往另一个遥远的国家往往需要付出漫长的时间和大量精力,因此能够做到的人少之又少。

那些人至今都还是我们历史中的传奇人物,比如玄奘法师、马可波罗等等。我们在丈量地球上的距离时,往往会用千米这样的单位,地球的周长大约是40076千米。尽管这个数字对于人类个体来说已经很庞大,但和宇宙距离完全不能相比

地球在太阳系八大行星中的体积只能排在第五,其中排名第一的木星体积是地球的1300多倍。和行星相比已经是如此,更不要说和太阳者这颗恒星相比,地球只是太阳体积的130万分之一

更加惊人的事实是,太阳在银河系中已经算是体积较小的恒星,宇宙的广大对于人类来说几乎是无穷无尽。于是人们在测量宇宙中的距离时,如果还使用地球上的距离单位,那么将会是彻彻底底的“天文数字”。于是,人们用光行驶过某个时间的距离来作为长度的衡量单位。

因此,我们在天文学方面听到光秒、光分等说法时,不要再下意识地觉得这是时间单位,其实它是一个距离单位。比如地球和太阳之间的距离是8.3光分,也就是说即使是宇宙中速度最快的光,从太阳到地球也需要八分多钟的时间。因此在理论上来说,我们所感受到的太阳光,其实是太阳在八分钟之前发出的。

当然,我们最常听到的还是“光年”,也就是光在宇宙中移动一年的距离,用于测算地球和其他天体,以及这些天体之间的距离。尽管光年本身的距离就已经很长,但离我们有着数十万光年的天体比比皆是

光走一年的距离真的是一光年吗?

我们首先需要明确的一点是,光在实际的宇宙中其实是没有办法真的达到光速的。科学家们所测定出的光速,实际上是理想状态下的光速。在宇宙中并没有理想状态的真空,始终存在着微量的物质活动,会减慢光行进的速度

就像理论上的最低温度“绝对零度”,实际上也只能无限接近而无法真正达到。再加上宇宙始终处于缓慢的膨胀当中,因此光实际在一年中的移动距离并不能达到一光年

但是相对来说,光确实是前进了一光年的距离,只不过是外部的空间发生了变化。既然在空间上无法达到理想状态,那么在时间上是否能够达到理想状态?

其实时间和空间本身就是一个整体,“宇宙”这个词语本就是“上下四方曰宇,古往今来曰宙”,代指了时间和空间。对于光本身来说,行驶一光年的距离并非就真的经过了一年,而是一瞬间。为什么会得出这个结论?首先还要从上世纪的伟大物理学理论——相对论说起。

走了一光年的光真的经过了一年吗?

相对论是著名科学家爱因斯坦在上世纪提出的理论,为物理学的研究提供了全新的视角和发展方向。在相对论中,爱因斯坦提出时间和空间并非是独立存在的,二者之间会相互影响,是一个紧密的、不可分的整体

因此在空间中快速移动的时候,时间同样也会在这个物体身上发生改变。简单来说,就是物体本身运动越快,它所处的时间也就越慢。我们平时之所以没有这样的感觉,是因为我们运动速度的变化相对于时间来说可谓是微不足道。

但是像光这样的快速运动的事物,其经历的时空变化是十分明显的。我们所说的一光年距离,是光在我们自己经过一年之后所经过的理想距离。而对于光本身来说,这不过就是一瞬间的事情,因为光所处的时空和我们并不相同

也就是说如果我们在光速行驶的飞船中旅行,那么我们所经历的时间流逝也和地球上的普通人类完全不同。古人所谓“天上一天。地下一年”虽然只是想象,但将其用在对于光的传播和时空上也是很贴切的

人类能够突破光速吗?

人类目前只能够对我们周围的宇宙空间进行有限的探索,很大一部分原因是因为我们的飞行器速度十分有限。“旅行者1号”和“旅行者2”号花了数十年才勉强到达太阳系边缘,显然,人类想要进行系外宇宙的探索,光凭目前的速度不可能办到

一些人认为,我们应该针对目前的飞行器技术进行改进,就算无法达到光速也应该接近光速。但是另一种说法认为,就算是光速也达不到进行星际探索的要求,因为很多地外星系动辄距离我们成百上千光年,人类无法在这样的时间里完成探索和研究

一些科学家在思考之后提出了一种完全不一样的推进系统,名为曲速引擎。这种引擎能够突破物理上的速度极限,让人类轻松地超越光速。那么这种引擎究竟是用什么原理工作的?其实就是利用“反物质”,将空间进行扭曲,达到在短时间内进行移动的效果。

如果真的可以完全将这个原理利用起来,那么我们就能够自由地探索浩瀚宇宙了。只不过在曾经,曲速引擎是完全只存在于理论当中,人们还并不知道怎么去实现。

好消息是,近年来研究者们在反物质方面的探索有了不小的进步,这些成果有助于将曲速引擎变为在现实。比如“卡西米尔效应”就得到了证实,人们对物质世界的了解又多了一些。

因此在未来,人类也许真的能够直接跳过光速引擎阶段,完成曲速引擎的研究,突破目前的速度极限,去探索更加遥远的宇宙空间,为人类的科学进步做出更加卓越的贡献,尤其是对于类地行星和地外文明的探索,必将得到全新的成果。

结语

人类对于整个宇宙来说不过是渺小的尘埃,但正如帕斯卡尔所言“人是一根有思想的芦苇”,尽管我们是脆弱的,但是却能够通过自己的力量去改变周围的环境,思考万物的运行方式。

如今的我们比起数十年前已经对宇宙多了更多的了解,如果能够一直按照这个速度甚至是更快地发展,那么我们迟早能够突破目前的一系列技术瓶颈,去完成之前我们没能够完成的事情,比如对其他行星进行开发和研究等等。

现在人类的“眼睛”已经能够看得更远,观察到那些遥远的恒星、星系乃至于星云。这些天体中藏着无数人类此前从来没有接触过的事物,如果我们不实实在在地进行靠近和探究,那么这些困惑还会继续伴随着我们。

因此,我们在天文学的研究中也需要“理论”和“实践”相结合。相信在未来,人类终究会突破光速的极限,而我们如今觉得遥不可及的“光年”也能够成为如今的“公里”这样平平常常的距离单位。

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作者: 杨利伟

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