宇宙的信使(2)我們看到的太陽是8分鐘之前的...

2020-08-28 E聞天下

是什麼將我們與浩瀚的宇宙生動地聯繫在一起?

毫無疑問,那就是光。

璀璨的星光,絢麗的星系,展示出宇宙的奇觀。

然而,那些來自星空的光,也是來自久遠時空的信使。

因為,在那些光裡,蘊藏著關於宇宙起源和演變的故事。

藉由著它們,我們就能追溯宇宙的全部歷史,探尋萬物的起源,並最終看到 光如何賦予了我們生命...

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由聲速 理解光速

宇宙萬物都有速度的極限,甚至包括像聲波和光線這些難以描述的現象。

這些速度極限都是實際的物理障礙,它們對於我們理解宇宙有著深遠的影響。

我們平常意識不到聲音有速度極限, 那是因為和我們日常生活中習慣的事物相比,聲音實在是太快了。

在地球上,聲速隨著海拔高度變化而不同,大約是每小時1200公裡(約每秒340米)也就是一馬赫。

聲音有確定的速度,我們能夠測量。

但幾千年來,最偉大的思維也曾以為光是不同的,它能夠瞬間從物體到眼睛。

直到約350年前,光的真相才被揭示, 這得益於一個天才的頭腦以及精準的天體運行規律。

發現光速


木星和「木衛一」


自從伽利略發現木星有衛星以來,天文學家們意識到,可以將木星和它的衛星當作天空中的精確時鐘。

當時已知「木衛一」環繞木星一圈精確地耗時42.5小時。

也就是說,假如從地球看到「木衛一」從木星後出現的時間是在星期二午夜12點,那麼它應該下一次出現於星期四下午6點半。

丹麥天文學家Ole Romer [奧勒 羅默]作為負責人之一,製作精確的時間表,記錄「木衛一」從木星後準確出現的時間。他注意到了令人驚奇的現象。

隨著一年中時間的不同,「木衛一」比預期出現得或早或晚。

[羅默]的天才就在於,他意識到這與「木衛一」繞木星運轉的軌道無關,而與地球繞太陽運轉的軌道有關。

[羅默]發現,當地球運轉到軌道上離木星比較近的位置時,「木衛一」出現就早於預計時間。

然後,隨著一年中時間的變化,地球繞太陽運行, 離木星也越來越遠,「木衛一」的出現則會姍姍來遲。

[羅默]意識到,光從木星傳播到地球是需要時間的。

當地球距離木星較遠,光就需要更久才能傳到地球,因此在我們看來,「木衛一」就會比預計時間出現得晚。

當地球和木星的距離縮短時,光傳播所花的時間也會減少,「木衛一」的出現 就會比預計的早。

於是[羅默]發現了光並不是瞬間傳播的,而是在空間中以有限的速度傳播。

丈量宇宙的基本尺度

這個非凡的發現引發了測量光速。

我們現在知道光以每秒299792458米精確的速度傳播。

也就是說,光一年能走過10萬億公裡,這就是我們丈量宇宙的基本尺度, 10萬億公裡大約等於一光年。

光年不僅是距離的度量單位,也是時間度量單位。

光速是宇宙萬物的速度極限,它是時空的基本性質。

但由於光以有限的速度傳播,所以,光年不僅是距離的度量單位,它也是時間度量單位。

天體離我們越遠,我們觀察到的就是時間越早的過去。


光在地球上的傳播距離相對較短,光傳到我們眼中的時間難以察覺。

但當我們仰望天空,觀察遠在天文距離之外的恆星,行星,和星系時,光有限的速度就會產生重大的影響...


太陽在1.5億公裡之外,以宇宙的標準, 那是非常近的。 但因為光速只有每秒30萬公裡, 所以我們看到的太陽是以前的太陽,實際是8分鐘之前。

當我們觀察比太陽更遙遠的恆星時,我們則在時間上倒退更遠,甚至回溯到整個人類進化歷程之前。

因為,我們從遠古到現代的進化軌跡,與來自遠方恆星的光是同時並行的。

我們觀察宇宙越深處,我們在時間上看到的就越古老...


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參考:

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