光從太陽到地球要8分鐘?光子:你低估我的速度了,只需一瞬間

2021-01-17 科學美少男

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「 時間對於光子 」是沒有意義的,世界對於它來說太小,時間於它完全凝固,然而在我們的眼裡,它似乎又沒有那麼厲害,或許你不夠了解它。

光子8分鐘的旅程

夕陽西下,其實是八分鐘前的夕陽。想像一下承載日落光影的光子從太陽出發,直到它映入眼帘,被你視網膜上的感光細胞分子吸收的這個過程,從我們的角度來看光子在太空中旅行了8分多鐘,對於光子自身來說它的旅程並沒有時間。

為了讓你更容易理解,我們體會一下光子如何能夠在一個瞬間到達地球的方案。

縮短空間間隔,我們在一張白紙上標註A點為太陽,B點為地球,想像一下我們把空間摺疊起來。例如:愛因斯坦的時空隧道(蟲洞),摺疊時讓A點與B點相連接,然後拿著筆把A點穿透到對面的B點。

方案二,加快速度,從而縮短時間間隔,把8分鐘縮短到一瞬間,還要保證在地球上的人看來還是走了8分鐘,也就是出現「相對時間」,有點抽像,下面詳細解釋。當然,以上兩個方案綜合一下也是可以的。很多人可能知道光速是恆定的,不會加速,也不會減速,光子似乎也沒有摺疊空間的能力,那麼光子是如何做到的?

16歲的愛因斯坦

早在他16歲就發表過論文《磁場裡以太的狀態研究》,其中就提到一個問題:「如果我也以光速運動,那麼光在我眼裡是什麼樣的?會靜止不動嗎?」

愛因斯坦在論文中自答出自己的觀點:「根據麥克斯韋的理論,無論我以什麼樣的速度運動,釋放出來的光波對於我來說都是以光速運動。」可見愛因斯坦早在發表《狹義相對論》的10年前就已經知道了光速不變原理,對經典物理光在以太介質中傳播的理論提出了質疑。

光速為何恆定不變?

光速不變原理,這個特徵源於光子靜止質量為零。物質由比質子、中子更小的粒子構成,稱為基本粒子,電子就是其中之一。

在量子場論中,空間與粒子之間存在各種場,例如電磁場。粒子在場中運動就會發生四種相互作用,使物質具有了質量。這意味著質量與能量是等價的,它們之間的關係就是質能方程E=mc^2,說直白點,質量是能量的另一種形式。

不過,粒子所表現出來的大部分質量並非粒子本本體質量,自身質量源於希格斯場,粒子在希格斯場中運動具有了一定的勢能,因此才有了自身的質量。

我們如果把希格斯場比作海洋,夸克子在海洋中運動被海水束縛,使夸克具有了一定勢能,於是夸克便有了質量。

質量之源希格斯場在光子面前就是空氣,光子不食人間煙火,一旦出現會沿著一個方向不知疲倦的運行下去,不受任何束縛,因此它擁有了絕對的速度。

鍾慢尺縮

1905年,對於愛因斯坦來說是一個奇蹟年,那年他26歲,發表了他在16歲就提出疑問的答案《狹義相對論》,還有質能方程與其他2篇論文。

《狹義相對論》基於光速不變原理,其中鍾慢尺縮囊括了光子以上的三個方案:

動鍾變慢(縮短時間間隔方案):有兩個同步的時鐘,一個與我相對靜止,一個被帶上飛船,當飛船勻速運動,你會發現飛船上的時鐘走得比靜止的時鐘要慢,並且飛船飛的越快,時鐘慢得越厲害,當飛船無限趨近於光速,時鐘幾乎靜止了。

圖:速度與時間的關係

同樣是從太陽到地球,速度越快鍾走得越慢,而對於光速的光子來說,它的時間是靜止的,時間間隔是一瞬間。動鍾變慢也意味著一開始同步的靜止時鐘和運動時鐘,當運動狀態發生了改變,時間就不再同步,而是相對的。

尺縮效應(縮短空間間隔方案):除了運動狀態與時間,空間也一樣。由於動鍾走得較慢,時間發生了膨脹。舉個例子,地面上的人認為高速飛船需要8小時才能從太陽飛回地球,對於飛船與駕駛員來說,實際上飛船上的鐘走了1個小時就到地球了。

而飛船勻速直線飛行,速度相同,雙方看到飛行的時間卻不同,說明在駕駛員眼裡地日的距離並沒有那麼長,由於飛船高速運動空間間隔縮短了,而且飛船的速度越快,縮短的程度就越大。

圖:速度越快尺寸收縮程度就越大

如果飛船無限接近於光速飛行,它就能無限地接近光子的空間觀,世界在它眼裡似乎縮成了一個點。當太陽A點與地球B點,這兩個點縮成了一個點之後,空間間隔為零,就似乎是把白紙上的兩個點疊在了一起。

方案三「綜合」:鍾慢與尺縮效應是高速運動引起的,當光子以光速運動,那麼以上兩個方案是同時進行的。

光子說:我只需要一瞬間

光子從太陽到地球,在我們眼裡用了8分鐘,但對於它自己來說只不過是用了零時間跨越了零距離。對於它來說世界是零維的點,它只不過是在這個點中一閃一閃,瞬間出現又瞬間消失,沒有時間間隔,也沒有空間意義。

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  • 太陽光到地球需8分鐘,在光子看來它花了多長時間?
    太陽光到地球需8分鐘,那在光子看來它花了多長時間?我為什麼要重複這個問題呢?原因是,這個問題包含兩個方面!首先我們看到的光子真的全部來自約8分鐘前的太陽光嗎?最後一個問題就是在光子看來它離開太陽表面後,達到地球需要多長時間?
  • 我們看到的太陽是八分鐘之前的?光的速度這麼快,到地球卻這麼慢
    如果以光速的速度去進行的話自從你離開地球飛行大概8分鐘20秒左右你就可以達到太陽表面的附近,所以說對於太陽和地球之間的距離其實並不算特別的遠。可是大家也知道小編所提到的這只是一個前提,然而前提也是作為至今人類都沒有辦法達到光速。如果要說實際距離的話太陽距離地球也是在1.5億公裡之外,不過放在茫茫宇宙當中這個距離確實不算特別的遠,那麼很多人就會好奇了,對於太陽的光子是直接照射到地球上面嗎?
  • 光是如何從太陽傳播到地球的?
    要理解光是如何從太陽傳播到地球的,你必須理解光是什麼。光是一種電磁波—一種電和磁能快速振蕩的波。有許多不同的電磁波,其類型取決于振蕩的速度。例如,無線電波比光振蕩得慢,而x光振蕩得快得多。這些電磁波以稱為光子的小包形式傳播。因為光以波和光子包的形式傳播,所以它既像波又像粒子。
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    我們每天抬頭就能看見掛在天上的太陽,每天東升西落,時時刻刻照耀著地球上每一個角落。不過,很少有人想到,照在我們身上的太陽光其實並不是「現在」的光,而是八分鐘之前的太陽光。聽起來有點奇怪?其實這是因為,雖然光速很快,但太陽離我們太遠了,光從太陽傳到地球並沒有那麼容易。
  • 太陽光來到地球需要8分鐘,但是對於光子來說,卻只用瞬間
    太陽想必大家都不陌生它是我們人類正常生活中不可缺少的,那是因為我們地球上的植物生長大部分需要太陽來進行光合作用,而大部分動物也是需要陽光才能生活的,想必大家也都知道我們的地球它是位於太陽系中最適合生命生長的地方,這也就說明了我們的地球與太陽之間的距離是剛好合適的,而在太陽系中也只有與太陽合適的距離才會有生命誕生,但是太陽對於我們人類來說那也是十分的遙遠,我們地球距離太陽有1.5億公裡,這個距離對於現在我們人類來說也已經是很遠的距離了
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  • 從光子的角度來看,太陽發出的光要多久才能到最近的恆星?
    從光子的角度來看,如果時間在光速下減慢到零,我們的太陽發出的光需要多長時間才能到達最近的恆星?如果你能任意接近光速,你想要多短就多短。因此,是的,觀測者原則上可以以接近光速的速度旅行,以至於在他們自己的參照系中,只需一秒鐘就能到達最近的恆星。或者一微秒。甚至更少。
  • 太陽光子從核心到表面要走十幾萬光年,到底是怎麼個走法?
    光年是長度距離單位,1光年就是光速傳輸一年的距離,光速為真空中光的運行速度,每秒約30萬千米,光速運行一年為9.46萬億千米,因此1光年為9.46萬億千米。掰著指頭用小學算術計算一下,太陽半徑是1光年的多少分之一,我沒說錯吧?
  • 陽光到地球需8分鐘,但人一睜眼就能看到陽光,眼速比光速更快?
    引言:愛因斯坦曾在相對論中提出了光速是宇宙最快的速度,但和宇宙的膨脹速度比起來,光速還是顯得有點慢。但是對於人類來說,光速已經是極限速度了,因為太陽光從太陽表面到達地球只需要8分鐘的時間。而人只要一睜眼就能看到太陽,難道人的眼光比光速還要快嗎?
  • 太陽光從太陽到地球需要8分鐘,那麼在光子看來它花了多長時間?
    太陽與地球的平均距離為14960萬公裡,這也是天文學中對1個天文單位的標量值,根據光速每秒30萬公裡的數值,我們可以很容易計算出太陽光到達地球的時間為8.3分鐘,那麼實際上光子從產生到達地球的時間,遠遠不止這個數,要漫長得多。太陽內部的核聚變能夠激發氫元素核聚變反應需要非常高的溫度和壓力。
  • 地球距離太陽只有8光分,為什麼太陽光卻來自幾十萬年前?
    所以現在我們看到的,是8分鐘之前的太陽,更準確的說,是8分鐘之前的太陽表面。 太陽的光和熱來源於核聚變,而根據科學家探測,太陽的核聚變主要發生在內核。這個內核的直徑約為太陽整體的四分之一,也就是直徑大約30萬公裡的球體。在這個球體中,溫度達到了恐怖的1500℃,壓強也有3000億個地球大氣壓。
  • 太陽光飛到地球只需8分20秒,為何科學家卻說,需要數萬年時間?
    以光速從地球出發,飛行8分20秒左右,便到達了1.5億公裡之外的太陽表面附近所以現在我們看到的,是8分鐘之前的太陽,更準確的說,是8分鐘之前的太陽表面。 但在科學家看來照射到我們身上的每一個光子,雖然都是在太陽表面同一個起跑線上出發過來的,但他們的年齡卻大不相同,更準確的說,從太陽表面飛來的光子們,其實都已經幾萬歲,甚至幾十萬歲了,早已不再年輕,言下之意就是說雖然光子僅需8分20秒左右就能到達地球。
  • 太陽停止發熱後,人類需多久能感知到?可能不止8分鐘!
    太陽停止發熱後,人類需多久能感知到?可能不止8分鐘!對地球上的所有生物來說,水和氧氣是最重要的資源,一旦少了其中之一,生物都難以生存,水是生命之源,每天無法攝入足量的水,身體平衡被破壞,水就像是萬能藥,無論生活中的什麼疾病,都要多喝水。
  • 如果太陽突然消失,我們就只有8分鐘了嗎?你知道多少?
    一、如果太陽光突然消失沒錯,我們都知道太陽距離地球1.5億公裡,按照光速30萬千米每秒的傳播速度來計算,太陽光從太陽發射到照射到地球上確實需要8分鐘的時間。當然了,引力的消失也不是一瞬間的事,引力波的傳遞速度也是光速,所以說,太陽引力突然消失後我們也需要八分鐘之後才知道,八分鐘之後,我們將會看到太陽光突然熄滅,與此同時,我們的地球還會脫離它原本的軌道,等待著地球和我們的命運將會是未知的。題設說的這種情況理論上是不會發生的,太陽不會突然消失的。
  • 光速是有限的,那來自太陽的一束光到達地球要多久?
    我們不妨把距離尺度放大一些,如果你打過國際長途電話,就可能感受過通話的延遲。現在許多長途電話是以地球同步衛星做中繼站,長途電話兩端說話者的聲音是用電磁波來傳播的(光的本質就是電磁波,其速度等於光速),電磁波從發射到衛星再返回地面的時間大概是零點幾秒,因此在長途電話的延遲中,有相當一部分是光的速度「太慢」造成的。