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光年是距離單位,主要應(yīng)用于天文領(lǐng)域,比如離我們最近的恒星——比鄰星,它大約距離我們4.2光年。1光年通常來說就是光沿直線在真空中走了一年的距離。
光速是宇宙中最快的速度,光在真空中1秒鐘約傳播30萬千米。1年365天,1天24小時(shí),1小時(shí)3600秒,那1光年即9.46×10∧12千米。
之所以創(chuàng)造光年這個(gè)單位,不僅因?yàn)楣馑偈怯钪嬷形矬w的運(yùn)動(dòng)速度上限,更重要的是因?yàn)檎婵罩械墓馑偈且粋€(gè)恒定值,與參考系無關(guān),具有不變性。
1光年對(duì)人類來說非常遙遠(yuǎn),地球與太陽平均相距1個(gè)天文單位(1.5億公里),而1光年約等于6.3萬個(gè)天文單位。以人類目前發(fā)射的最快的探測(cè)器,走完1光年也需要1.8萬年。
光走一年的距離是為1光年,那1光年的距離,光真的要走一年嗎?
這還真不一定。從人類的視角來說,光走完1光年確實(shí)需要1年,但對(duì)于在真空中始終以光速飛馳的光來說,走完1光年只是一瞬間的事。因?yàn)閷?duì)以光速運(yùn)動(dòng)的物體來說,根本沒有時(shí)間的概念。
這是根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論推導(dǎo)出來的結(jié)論,因?yàn)闀r(shí)間和空間是緊密聯(lián)系在一起的,而物質(zhì)又能影響時(shí)空。
該理論認(rèn)為,當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度越來越快的時(shí)候,時(shí)間相對(duì)于它來說就流逝得越來越慢,這叫時(shí)間膨脹效應(yīng)。理論上,當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速時(shí),時(shí)間相對(duì)于它來說就停止了。
不過,任何靜止質(zhì)量不為0的物體的運(yùn)動(dòng)速度只能無限接近光速,而永遠(yuǎn)無法達(dá)到光速。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)速度越快,該物體的質(zhì)量也就增長(zhǎng)得越快。如果宇宙是有限的,就算動(dòng)用全宇宙的能量,也無法將一個(gè)靜止質(zhì)量不為0的物體加速到光速。
只因光子的靜止質(zhì)量始終為0,所以光子自誕生,就能一直以光速運(yùn)動(dòng),不存在加速過程。
根據(jù)相對(duì)論,宇宙中不同地點(diǎn)時(shí)間的流逝速度是不同的,比如地面的時(shí)間流逝速度就和太空略有不同。GPS衛(wèi)星每隔一段時(shí)間和地面同步時(shí)間,就源于此因。
如果你駕駛著無限接近光速的飛船,在太空中飛一圈,當(dāng)你返回地球時(shí),你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己只過去了一天時(shí)間,而地球卻過去了一年甚至更久。出現(xiàn)這種現(xiàn)象,不僅是時(shí)間膨脹帶來的影響,還在于時(shí)間的相對(duì)性。
正因?yàn)闀r(shí)間存在相對(duì)性,所以一光年的距離對(duì)于光來說僅需一瞬間就可以走完,只不過在人類看來,光走完這段距離需要一年的時(shí)間。之所以如此,這是因?yàn)檫@兩種結(jié)果是基于不同參考系。得的。
如果光不是在宇宙真空環(huán)境傳播,而是在水等介質(zhì)中傳播,由于光在介質(zhì)中的傳播速度比在真空中的傳播速度慢,那么光走一光年的距離則需要一年以上的時(shí)間。
此外,由于宇宙空間本身在膨脹,從我們的角度來看,光在真空中走一光年,也花不了一年的時(shí)間。不過,宇宙在1光年范圍上的膨脹速率約0.02米每秒,即一年時(shí)間僅膨脹630.7千米,這種影響只有0.002秒。
陳悅
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