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太阳光到达地球需上万年非8分钟 ,但对光子来说就是一瞬间的事

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我们每天都享受着太阳光的沐浴,如此再普通不过的事情每天上演着,以至于我们总是会认为太阳光照射地球是理所当然,很少人会去质疑:太阳光为何能一直“熊熊燃烧”?



由于太阳如此重要,科学家们当然不会放过对它的探索研究。长期以来,科学家一直认为太阳是靠化学反应能源发出的光照射的地球的,也就是我们通常所说的燃烧发光。

但根据相关计算,如果太阳的燃烧是化学反应,根本不可能持续“燃烧”数十亿年,几千年就燃烧殆尽了。

直到上世纪,人类科学取得突飞猛进的发展进步之后,科学家终于揭开了太阳持续燃烧数十亿年的奥秘:核聚变。



太阳一直用核能发光发热,照耀地球。

简单说,在太阳核心,温度和压强都非常高,在高温高压下,四个氢原子核发生巨变,融合生成一个氦4。在这个过程中,会损失7%的质量,根据爱因斯坦质能方程,损失的质量其实转化成了能量。

不过太阳核聚变只发生在核心区域,而太阳的半径70万千米,这意味着核心发生核聚变产生的光(能量)比如穿过70万千米的厚度来到太阳表面,然后穿越1.5亿公里太阳与地球之间的距离,照射到地球表面。

有人可能会说:70万千米对于光来说不是小意思吗?光速每秒30万千米,两秒多的时间就可以到达太阳表面了。



其实真实过程远不是那样的,太阳核心产生的光要想到达太阳表面,必须经过无数次碰撞,经历“九九八十一难”才能到到太阳表面,这个过程非常漫长,甚至漫长到十万年之久。

为何会这样?

太阳的核心不是液态,固态,也不是气态,而是等离子态,就像一锅“粥”一样,粒子到处乱窜。核心产生的光子不可能绕过到处乱窜的粒子。在光子飞向太阳表面的过程中,会经历无数次被吸收,释放,再次被吸收,再释放的循环过程。



具体来讲,这个过程其实就是电子不断发生跃迁的过程。最开始的光子被一个电子吸收,电子从基态跃迁到激发态。不过电子总是会倾向于重新回到基态,因为基态相对是最稳定的,于是电子又会释放出光子重新回到基态,这个过程几乎是瞬间完成的。

以上的过程几乎是瞬间完成的。然后光子会在下一个电子那里经历相同的事情,一直重复着……



最后历经“千辛万苦”终于到达体验表面,彻底“解放”,8分钟之后(实际8分钟多点)到达地球。

而仅仅从太阳核心达到太阳表面就需要上万年时间!

不过整个过程都是以人类的视角来定义的,如果光子也有意识,在光子眼里需要多长时间到达地球呢?



答案是:不需要时间,或者你也可以理解为一瞬间。

光子向来都是很特殊的存在。根据爱因斯坦狭义相对论,光速飞行时间静止。如果在光子上有一个时钟的话,我们会看到光子的时间是完全静止的。从下面的碰撞实验也可以直观地看出来。



图中也就是我们常说的光子钟,由于光速不变原理,静止的光子钟与高速运动的光子钟经历的时间有很大不同。运动的光子钟会经历一段较长的路程,因此时间会变慢,如果达到光速,时间将完全静止。

通俗地讲,光子达到光速,已经没有时间这种概念了,不要说太阳和地球之间1.5亿公里的距离了,就算是任何再遥远的距离,光子都是瞬间到达。不仅仅是时间,距离也不存在了,对于人类来讲再遥远的距离在光子眼里都是近在咫尺,或者说都是零!



由此也可以得出一个残酷的事实:如果光子有生命,它的寿命就是一瞬间,可以认为“没有寿命”,因为对于光子来说,没有所谓的时间,从诞生到死亡一瞬间就完成了。

但作为人类来看当然会完全不一样,所以不要强迫自己用我们的惯性思维衡量光子的行为。

说个题外话,光子生下来就以光速飞行,而有静质量的物体无法达到光速。但人类可以亚光速飞行。假设你乘坐一艘飞船可以一瞬间达到亚光速,然后飞离地球,前往4.3光年外的比邻星。在这个瞬间你会发现比邻星距离你不再是4.3光年,这个距离会变短,或许只有1光年甚至更短,这取决于飞船到底有多接近光速!

这就是爱因斯坦相对论中的“尺缩效应”,当然也是时间膨胀(钟慢效应)的另一种表现形式。

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