一光年有多远：旅行者一号要飞3万年，光子不需要时间？

发布者：火狐媚影 2023-11-22 19:51

在和天文学相关的一系列距离单位中，我们最常听到的是天文单位和光年。

其中天文单位是指地球到太阳的距离，约为1.5亿公里，一般用于描述太阳系内天体之间的距离。

比如地球到火星最远的时候有4亿公里，可以表述成2.6个天文单位，距离木星7.8亿公里，也就是5.2个天文单位。

而光年虽然带了一个年字，但实际上却是一个距离单位，表达的是光子在真空中飞行一年所经过的距离长度，也就是30万公里乘以31556952秒，最后算出来的一光年的距离长度为94607亿公里，9.46万亿公里。

如此遥远的距离，一般用来描述太阳系外天体与地球的距离，比如距离我们最近的恒星，是4.22光年外的比邻星，距离我们最近的星系，是250万光年外的仙女座星系。

有趣的是，经过天文学家们的测算，我们太阳系的半径也刚好是1光年，所以说早在1977年就发射升空的旅行者一号探测器，虽然已经飞出了太阳系日球层边界，但想真正飞出太阳的引力有效范围，还得再飞至少3万年才行。

而太阳系，只是宇宙中一个小水洼罢了

从哈勃望远镜在2012年拍摄到的哈勃极深场里，天文学家发现了一万多个星系，其中最远的距离地球133亿光年，这些直径在数万光年到数十万光年的巨无霸，是远比太阳系这种直径两光年的小喽啰更宏大到存在。

但它们和可观测宇宙比起来，又算不了什么

宇宙学家们结合最新的哈勃常数，计算出了可观测宇宙的半径是465亿光年，直径是930亿光年，大致是一个以地球为圆心，465亿光年为半径的球形结构。

单从数字上来看，光从可观测宇宙的一端飞到另一端，需要930亿年的时间，但事实上并非如此，真实情况是，光子不论是飞1光年还是飞930亿光年，都不需要时间，在它们的世界里不论再远的地方，都能瞬间到达。

造成这种反直觉现象的原因，在于时间膨胀

在爱因斯坦于1905年发表的狭义相对论中，时间的流逝速度会随着物体的运动速度而变慢，简而言之就是你跑得越快，你老的就越慢，如果驾驶一艘近光速飞船绕地球飞1年的话，等你再回到地球后，地球上就会过去几百年甚至几千年，而你只老了一岁。

根据时间膨胀公式，如果物体的运动速度达到了光速，那么时间对这个物体而言就是静止状态，因此对于宇宙中唯一能真正达到光速的光子们来说，虽然可观测宇宙的半径达到了465亿光年，但由于时间对它们而言是静止的，所以在它们的感觉里，自己可以在瞬间到达宇宙中任何一个地方。

如果未来人类真的发明出了光速飞船，那么当飞船的速度达到光速的99.999985%时，飞船上每过24小时，地球上就会过去5年，当飞船速度达到光速的99.99999996247%，飞船上的一天，就是地球上的100年。

所以说人类是完全可以在有生之年飞到数十亿光年，甚至数百亿光年远的地方的，只要飞船的速度足够接近光速就行。

唯一的问题就是，由于地球本身的运动速度还处于低光速阶段，所以光速飞船的驾驶员们返回地球后，地球肯定已经大变样了，他们的亲戚朋友老婆孩子，很可能已经去世几千年甚至几万年了，甚至地球上还有没有人都不好说。

总之

宇宙虽然很大，但依靠近光速飞行时的时间膨胀效应，人类个体还是有机会遨游全宇宙的，而对于光子们来说，宇宙的大小是没有意义的，它们能在瞬间到达亿万光年外。