有人提出,既然光速是最快的速度,為啥哈勃望遠鏡能夠一下子就看到130多億光年以外的星系?這比光速快樂多少倍?而且人眼還能夠看到色彩繽紛的世界,這又是什麼原因呢?
諸如此類的問題層出不窮,過去已經回答或討論過多次了,既然還有很多朋友對這個事情很迷惑,就簡單再說一下。
首先要弄清楚光年是什麼意思。
一般說來,光速是指光在真空中傳播的速度,已經成為物理裡面的一個基本參數,準確值為c=299792458m/s。在計算物理題時如果不是要求那麼精確,一般採用近似值,即每秒約30萬千米。光年就是光速移動一年的尺度,記住是「尺度」而不是「時間」,也就是說光速是一個距離尺度,是一把量天尺。
1光年中的年,為了準確把握深空測量數值,採用儒略年為單位,1個儒略年準確的時間為365.25天,是回歸年和恆星年的近似值。1個小時3600秒,1天24小時為86400秒,1個儒略年為31557600秒,光速為299792458m/s,這樣1光年就是9460730472580800米,如果要求不是十分精確的情況下,一般採用1光年尺度為9.46萬億千米。
再來說說人眼睛看東西的機制。
首先人眼只能夠看到可見光,可見光是電磁波譜中一小段波譜,波段在380nm~760nm之間。整個電磁波譜有無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等波段,波段從幾千km到10^-28m之間,除了可見光那麼一小段,其餘的都是不可見光,人類眼睛無法感知,但可以通過儀器接收到。
人眼睛中有感光細胞,是被動地接受可見光的傳入。人類看到的一切事物,包括天體、山巒、江河湖海、人類與各種動物,食物與狗屎,都是由於有可見光的存在,通過發射可見光或者反射可見光,進入眼帘的,這些信號在經過人腦的加工處理,就成為我們看到的各種形象。
因此,人類看到遠方的恆星和星系,是那些恆星和星系發出的光,經過遙遠路途傳播到我們視網膜的,不是我們的「眼光」到那裡把它們「接過來」的。
人類用望遠鏡觀測遠方天體,並不是望遠鏡發出光去「抓取」這些天體,也是這些天體的光線傳播到了我們這裡,望遠鏡的作用只是把遠方的物體放大,讓我們眼睛很夠看到更遠更小的目標而已。而射電、射線望遠鏡,是把人類無法看到的電磁波,也是不可見光,轉變成電信號在螢屏上轉化成圖像,讓人們看到,這些不可見光同樣是以光速傳播到我們這裡,我們才能夠接收到。
這樣光年就不但是距離尺度,也有了時間的含義。
光在短距離傳播,由於其速度太快,人類無法感知。比如我們相隔一米與朋友交流,我們看到這位朋友的形象,就是經過約3億分之一秒傳到我們眼帘的,朋友的樣子就是3億分之一秒前的樣子。憑人類神經系統的反應速度,當然無法分辨。
但如果物體距離很遠了,就有差別了。因為我們看到的物體形象都是通過光傳遞過來的,光是有速度的,這樣距離我們38.4萬千米的月亮,光就要走1秒多鍾,我們看到的月亮就是1秒前的月亮;太陽距離我們1.5億千米,光要走500秒才到我們這裡,我們看到的太陽就是8分多鐘前的太陽。
同理,通過哈勃望遠鏡看到130多億光年遠的星系,就是這個星系發出的光走了130多億年才到達我們這裡,我們看到的星系就是130多億年前的樣子。如文頭配圖是哈勃望遠鏡通過引力透鏡發現的一顆迄今最遠距離的恆星,命名為透鏡恆星1(LS1),暱稱為「伊卡洛斯「,這顆恆星距離我們有90多億光年,就是說我們看到的這顆恆星是90多億年前的樣子,這種宇宙創世之初形成的大質量恆星,一般壽命都比較短,也許這顆恆星早就毀滅了,但如果是50億年前就毀滅了,這種毀滅過程還要到50億年後才會被我們看到。
不管是我們看到的超新星大爆炸還是伽馬射線暴之光,它們距離我們多少光年,就是多少年前發生的事情。這就是光年的距離尺度與時間的關係。
現在明白了吧,人眼半點神通也沒有,我們只是被動的接受光帶給我們的視覺。
光是有顏色的,所以我們才能夠看到色彩繽紛的世界。
可見光是複合光,通過三稜鏡可以色散出無數層次的色彩,一般人們把它分為7種顏色,即紅橙黃綠青藍紫,這7種顏色的波段都不同,紅光波段最長,紫光波段最短。這些時空通訊在過去回答和文章中都有闡述,這裡就不囉嗦了。
每種元素和物體對於不同波長的光吸收率都不一樣,這個世界的所有物體都是有各種元素組成,光照到這些物體上面,物體就會有選擇的吸收某種波段的光,不吸收某種波段的光,或者對某些波段的光吸收多點少點。吸收掉的人眼睛就看不見了,沒有吸收的就反射出來被人眼捕捉到,這些反射出來的各種波段光組合在一起,就呈現給我們色彩繽紛的世界。
理論上,色彩有無數種組合,但在電腦裡,人們採用紅、黃、藍三基色組合,如果電腦是8位rgb色彩模式,則一個r通道有2^8個灰度級,每種顏色有258個層次,這樣就可以調製出(258)^3種顏色,也就是16777216種顏色。現在的電腦還有16和32位rgb,這樣呈現的色彩層次就更豐富了。
在自然界,光影色彩的種類和層次理論上是無限的。
這些就是光和人眼之間的關係,人們知道了這些內在規律,就能夠更好地觀測和認識世界,提升人類的文明程度。
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