一光年是多少米(一光年是多少亿公里)?
光年是一个距离单位,是我们平时不用的距离单位,因为它代表的距离太远了。一光年,顾名思义,就是光在True 空中直线行进一年的距离。
一光年,这三个字说起来很简单,但是换个表达方式,就能体会到有多远了。一光年如果以公里计算,就是9.46万亿公里。这么大的距离单位不仅在地球上没用,在太阳系也没什么用。地月距离38万公里,即1.3光秒;地球与太阳的距离约为1.496亿公里,即8.3光分;我们花了数百天才到达的火星距离我们只有12.7光分钟,离我们有一光年远。可见光年是一个天文数字。一光年的距离单位如此遥远并不稀奇,因为光速是宇宙中最快的速度。让我们好奇的是,光走完一光年的距离真的需要一年吗?
一光年代表的距离是光在True 空中直线行进一年的距离。这是一个理想的环境,现实世界中并不存在,所以光完成一光年需要一年以上的时间。
宇宙是一个接近真实空的环境,但不是绝对真实空。它的平均密度约为每立方米6个质子。由于不是绝对真实空,所以会对光速产生微弱的影响。另外,虽然true 空中的光速是恒定的,但在宇宙空中并不是恒定的。自诞生以来,宇宙一直在膨胀,从未停止。在宇宙中空的范围越大,膨胀速度越快,而1光年范围内的膨胀速度约为每秒0.02米,一年的长度将增加约630公里。虽然对光来说只是很短的距离,但也会导致光完成一光年的距离并不是一个标准年。
虽然走一光年距离所用的时间不是标准年,但也差不多。然而宇宙如此空浩瀚,恒星之间的距离是几十或几百光年。即使达到光速,也需要几十年甚至上百年才能到达其他恒星系。人类真的没有办法做长途Ad Astra吗?
人类未来能否进行远距离Ad Astra,我们不敢妄下结论,但光走一光年的距离需要将近一年的时间,这只是对站在地球上的我们而言。对于光本身来说,不需要一年,甚至一分钟,完成这一光年的旅程只需要一瞬间。为什么?因为时间是相对的。通过爱因斯坦的相对论,我们知道时间和空并不是两个独立的个体,实际上是一个整体,不可分割,就叫做时间空。
因为时间和空是一个整体,当一个物体运动速度加快时,它自身的时间流逝速度就会变慢。它移动得越快,它通过得越慢。这就是时钟慢效应。
慢效应不仅仅是一个理论,而是已经被实验证实的事实。简单来说,慢效应实验就是让一个轻子以98%的光速从起点运动到终点。因为轻子的半衰期是完全确定的时标,也就是2.2微秒,所以很容易计算出轻子到达终点时的衰减。结果,到达终点的轻子数量实际上比计算的要多得多,由此可以证实高速运动减缓了轻子的时间流逝。对于轻子来说,运动花费的时间比我们低速环境下记录的要少得多,所以衰减的轻子数量也少得多。
你移动得越快,时间过得越慢。当你以光速移动时,时间的流逝完全停止了。所以对于光来说,走一光年的距离并不经历时间的流逝,所以只是一瞬间的事情。在我们眼里,确实花了一年,这就是时间的相对性。
所以,如果我们把一艘光速的宇宙飞船送到100光年外的星球,对我们来说,他们要一百年后才能到达,但对他们来说,只是一瞬间。那时候我们的孙辈都一百多岁了,飞船上的人还是和出发时一样。但是现实并没有理论上那么美好,因为光可以以光速传播,因为光子是基本粒子,没有静止质量,任何有质量的物体都永远达不到光速,因为随着移动速度的增加,有静止质量的物体会产生一个相当于引力质量的惯性质量。速度越快,惯性质量越大。当速度达到光速时,惯性质量会达到无穷大,需要无穷多的能量才能保持运动,但宇宙中并不存在无穷多的能量。
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