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一光年是光飞行一年的距离,不过光飞行一光年只需一瞬间!

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这句话读起来有些绕嘴,像绕口令一样,甚至看起来似乎有些前后矛盾,其实不然。下面来具体分析一下光以及光速的问题。



光,或许就是我们身边“最熟悉的陌生人”。因为光在我们身边无处不在,我们的日常生活也离不开光,但人类至今都没有弄清楚光的本质到底是什么。

虽然如此,这并不妨碍人类对光的探索。而人类的科学发展史,也基本上是对光本质的探索史,对光的探索几乎贯穿了人类整个科学史。几千年来的研究,也让人类越来越靠近光的本质。



如今我们知道,光虽然代表着光明,其实光的一生是很“悲剧”的,因为光根本就没有所谓的“一生”。对于光子来讲,它只会经历两个瞬间:生和死。

为什么这样讲?

因为对于光子本身来讲,它是没有任何时间概念的,当然也没有空间概念。而时间和空间是任何事物存在的根本所在,我们的宇宙就是四维时空的集合。从这点上来讲,严格来讲光并不属于四维时空,甚至不属于我们的宇宙。

我们看到光飞行的路线是一条直线,但对于光本身来讲,并不是直线,而是一个点。

要想更好地理解光的一生,我们需要理解速度与时间之间的关系,也就是所谓的“时间膨胀效应”,速度越快时间就越慢。



在我们的固有印象里,一秒就是一秒,不管在宇宙中的任何地方,一秒的时长总是不会改变的,也就是说,我们通常会认为时间是绝对的。

但光速不变原理的出现,彻底颠覆了我们对时间和空间的固有认知。

我们都知道,速度是相对的,需要有参照系才有意义,不同的速度叠加之后当然会发生变化。但光速是一个特例,光速是绝对的,意味着光速与其他任何速度叠加之后仍旧保持光速不变。

光速不变意味着什么呢?举例说明就明白了。



假设一艘飞船在高速飞行,飞船上有一个光子钟,结构很简单,两面镜子平行放置,镜子之间有一个光子来回上下垂直飞行,光子在镜面之间来回“滴答”运动,相当于地面上的钟表。



由于飞船在高速运行,而光速又是不变的,所以在地球上的人眼里,光子飞行的轨迹并不是上下垂直的,而是斜线飞行。飞行一个回合的距离自然就更长了。



但是光子的速度又是不变的,因此对于地球上的人来讲,飞船上的时间就变慢了。而且,随着飞船的速度变得越来越快,光子飞行轨迹的倾斜角度也会越来越大,在地球上的人看来,光子“滴答”一声所花费的时间也会更长。

这就是所谓的时间膨胀。地球的时间与飞船上时间并不一致,由于飞船速度很快,时间自然就变慢了。



时间膨胀是很违背我们的日常生活经验的,毕竟在我们日常生活里,你的一秒与别人的一秒显然是没有差别的。但那只是因为你与别人的速度相差无几,哪怕是地球上最快的速度,与光速相比都是小儿科,引发的时间膨胀效应都可以忽略不计,我们更不可能直观地感受到时间膨胀效应。

但是如果速度足够快,就好比刚才所讲的飞船,达到亚光速,甚至无限接近光速,时间膨胀效应就非常明显了。

当飞船的速度越来越接近光速,对于地球上的人类来讲,光子钟中的光子飞行的轨迹就越来越接近平行线,光子“滴答”一声花费的时间也就更长。当飞船的速度无限接近光速,光子的飞行轨迹就无限接近平行线,需要花费无限长的时间才能完成一个回合运动,就相当于飞船上的时间静止了。



而光子的速度就是光速,一出生就是光速,没有任何加速过程,因此光速飞行的光子,在时间维度的速度就为零,说白了就是没有时间概念。

其实这也说明了一点,要想让自己的时间变慢,就需要在空间上的速度足够快才行,因为时间维度的速度与空间维度的速度合起来就是四维时空的速度,而任何物体在四维时空里的速度都是光速!

注意,上面的光速指的是四维时空里的速度,并不是三维空间的速度。平时我们所讲的速度其实都是指三维空间速度。当我们静止不动时,空间维度的速度为零,时间维度的速度自然就是光速。

对于光子来讲,由于它始终以光速飞行,没有任何时间概念。如果光子有思维,你问光子任何有关时间的概念,光子就会很纳闷:时间到底是什么?

由于没有时间概念,意味着光子的一瞬间就相当于“永恒”,光子可以在一瞬间飞行任何遥远的距离。其实这样讲并不太严谨,因为光子没有时间概念,也不存在“一瞬间”,这里只是用一种通俗的方式进行描述。



平时我们经常会讲,太阳光需要花费大约8分钟时间才能到达地球,这里的“8分钟”并不是光子本身飞行的时间,而是在地球人类眼里,光子飞行的时间,这个时间很好计算,就是简单的距离除以光速。

也就是说,在人类眼里,光子花费了8分钟时间到达地球,但对于光子本身来讲,不会花费任何时间,一瞬间就到达地球了。实际上不要说地球了,光子可以在一瞬间飞到宇宙的边界,不管多远的距离,光子都可以瞬间到达!



同时,由于时间和空间是有机的整体,意味着在人类眼里不管多远的距离,对于光子来讲都是近在咫尺,说白了都是零。如果你在一艘飞船里,飞船的速度无限接近光速,那么在你眼里,即便是遥远的宇宙边界,也变得近在眼前,你一个跨步就能到达宇宙边界。

这其实是尺缩效应,与时间膨胀必然同时出现,因为两者是等价的。



而所谓的一光年,只是人类自己的定义,就是简单粗暴地用光速乘以时间得出来的数字,定义为以光速飞行一年的距离。而对于光子本身来讲,不要说一光年的距离了,哪怕是可观测宇宙的直径930亿光年,光子也可以瞬间穿越,不需要任何时间。

说到这里,有必要进入深入探索。很多人总是梦想着通过某种超光速方式,实现星际旅行。其实要想进行星际旅行,完全用不着超光速,只要能够非常接近光速就可以了。

因为正如刚才所讲,当飞船的速度无限接近光速时,时间就会趋于静止,更重要的是,再远的距离,对于飞船来讲都是近在咫尺,一瞬间就可以到达。这种情况下还要“超光速”啊,完全不用!



再说了,超光速也是大自然禁止的。

还有一点,速度越快时间就越慢,很多人就会认为当速度足够快时,是否意味着“永生”呢?

实际上恰恰相反,当你的速度无限接近光速时,不但不能永生,反而会“瞬间毙命”。因为无限接近光速飞行时,你的一瞬间宇宙的时间就过去了无限久,意味着宇宙早就终结了。

连宇宙都不存在了,你当然也不可能存在。也就是说,假设你的速度能够达到光速,在达到光速的一瞬间,你就毙命了!这或许也是大自然不允许我们达到光速的原因吧,也是为了“保护”我们!

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