有人一直鬧不明白,光年到底是距離單位還是時間單位,在我發的一些科普文張評論區,就老有這樣的質疑之聲。現在我們一起來鬧個明白。
這是一個有些微妙的問題,很有趣,許多人在這個問題上犯迷糊,在閱讀科普文章,尤其是宇宙天文方面的文章時,就會犯迷糊。
比如科普文章中說我們看到的距離我們10光年遠的星球,是10年前的樣子,100億光年遠的天體,是100億年前的樣子,有人就糊塗了,這個光年到底是時間概念還是距離概念呢?
其實光年既是距離單位,又與時間概念脫不了干係,具有雙重的意義。
這是因為光速是在我們宇宙運行速度最快,又最恆定不變的存在。上世紀70年代,科學界運用雷射幹涉法精準的測量了光速,1983年在國際度量衡大會上,修改了米的定義,把米的長度定義為「光在真空中於1/299792458秒內行進的距離」。
這樣光速就成為國際度量衡的最牛逼的標尺。在宇宙大尺度空間,用我們地球上甚至太陽系中所用的米、公裡、天文單位(1天文單位約1.5億公裡)等尺度來確定距離,就顯得太渺小了,數字就太冗長了,難以清晰快捷地表達出太空中天體之間的距離關係,於是就有了光年這個大尺度標杆。
光速每秒鐘準確值為299792458米,約30萬公裡,一光年就是光在一個儒略年(365.25天)行進的距離,準確值為9460730472580.8公裡,約9.46萬億公裡。
有了光年這個標尺,測量天體距離時就簡潔多了。10光年就是94.6萬億公裡,100億光年就是946億億億公裡,但只要用10和100億來表述就行了。
這就是光年在宇宙中大尺度距離單位的意義。那為什麼光年又與時間概念脫離不了關係呢?
這是因為我們人類眼睛看到包括天體在內的所有物質,都是通過光或者光的反射而獲得的,沒有光(包括不可見光),人類眼睛或者探測儀器(射電望遠鏡)就看不到任何東西。
眼睛只是被動的接受光線,光線傳到了我們的視網膜,我們才能夠看見東西。而光傳遞到我們眼中的速度就是光速,當這些光傳到我們眼中時,我們才能夠看到這些物質的存在。
因此人眼看到的東西永遠都是「過去時」,就是不是「現在」的「即時」影像,而是已經過去了的影像。
只不過我們平時看到的物體距離我們太近,所以感覺不到這種時間的延滯現象。
比如我們看1米遠的物體,那個影像永遠都是1/299792458秒前的影像,約三億分之一秒前的樣子。那麼1公裡遠的物體,我們看到的影像永遠是三十萬分之一秒前的樣子,10公裡的物體就是三萬分之一秒前的樣子。
所以我們看到的所有人,都是之前的樣子。由於光速與人眼這種奇異交互特性,就有了許多的科幻想像出現,比如超光速可以回到過去,預知和改變未來等等。但可惜的是根據愛因斯坦相對論,這個世界不會存在超光速的物體。
日常生活觀察極短時間延滯似乎沒有多大意義,因為人眼分辨時間誤差只能達到0.2秒的速度,所以在我們一般日常生活視野中,時間的延滯基本都可以忽略不計。
但對於太空天體就不一樣了,這些天體動輒以光年計,即使在太陽系裡也以光分或時計,我們看到的影像就有較大的時間差了。
比如我們看到的太陽是8分多鐘前的樣子,如果太陽出現變化,天文臺要8分多鐘後才能夠看到;我們晚上看到的木星是約40多分鐘前的樣子等。
距離我們1光年,這個傳遞到我們眼睛中的影像永遠是1年前的樣子,它現在真實的樣子如何,就要1年後才能看到;以此類推,10光年距離我們看到的就是10年前的樣子,1億光年或者100億光年的天體,就是1億年前或者100億年前的樣子,要知道它們現在的真實樣子,就得等與距離光年相同的時間才能傳到我們視網膜。
電波和引力波的速度與光速相同,所以我們發射的無線電波,或者某個天體碰撞爆炸事件發出的引力波,都要與距離相同的光年時間才能夠傳遞到。
這就是光的奇妙特性,所以時空通訊過去常說,光的性質和光速是現代物理學基礎的基礎,如果光或者光速理論是錯誤的,整個物理學甚至科學大廈都要傾倒,科學理論就必須重建。
現在明白了吧?光速(光年)既是一個大尺度距離標杆,又與時間概念緊密相連。
就是這樣,歡迎點評。
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