相对论 一光年的距离,光真的要走一年时间吗?光:只是一瞬间( 二 )


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 。
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” 。
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 。
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 。
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 。
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!
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 。

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