光年是光走一年的距离,但是一光年的距离光真的需要走一年吗?
光子一生就是个悲剧,也可以说它并没有一生,而只是发生两个瞬间,生的瞬间和死的瞬间!光年只是在我们看来的,对于光子来说宇宙并非三维空间,它的行进路线并非是一条线,而是一个点,所以它的世界相当于少一维,为二维宇宙!下面我们从人的视角一点点过渡到光子视角,从而感受一下光子悲剧的一生!

图:光速的定义,在真空中传播为299792458米/秒
速度时间膨胀
作为地球上的人类,地球自转一圈是我们的24小时,地球公转一圈是我们的一年四季。我们的时钟走过一秒钟,对于我们来说就是一秒钟。原本理所应当的事情,一条光速不变的观测事实被发现后,我们的世界发生了翻天覆地的变化。

图:如果我们把一个光子当作钟摆,在两面镜子上来回反射,假设光子撞击反射镜会发出“嘀嗒、嘀嗒”的声音。

图:当地球上的人,带着一个光钟上了快速的飞船,对于地球上的观察者来说,光钟的路线由上下摆动,变成了斜线摆动。
由于光速不变,飞船上光钟斜线的运行轨迹要大于光钟上下来回摆动的运动轨迹。

图:可见如果(左侧)地球上光钟的频率是“嘀---嗒,嘀---嗒”,那么(右侧)飞船上的光钟则是“嘀------嗒”,“嘀------嗒”。
当地球上光钟走过2秒,飞船上的光钟才走过1秒。如果飞船的速度再快一点,飞船上光钟斜线的倾斜角就会越小,从而导致,光子到达反光镜的路线更长,于是我们就会得到“嘀------------嗒”,也就是说飞船速度越快,嘀嗒的间隔就会越大,飞船上的钟就会走的越慢!我们可以得出一个震惊的结论“速度时间膨胀”,速度越快时间膨胀得越快!这就是爱因斯坦要告诉我们的“时间是相对的”。

图:反常识的时间膨胀得到反常识的年龄
这个结论比较反常识,这是因为在我们的传统世界观中,人类所涉及到的速度与光速相比起来实在太小儿科了,就算是我们的超音速飞机也只能达到0.0001%光速,你看道路上的汽车,博尔特的速度,高铁都远远无法产生时间膨胀的显著效果,所以三维宇宙中的时间对于人类来说都是一致的,并没有明显的相对性时间差。
接近光速的飞船
如果飞船以恒定的加速度加速,那么它的速度会越来越快,随着他不断的接近光速,飞船人相对于地球,时间流速也会越来越慢,直至无限接近于静止的状态。

图:地球上的光钟与飞船上的光钟速度分解
假设飞船可以达到光速,那么飞船上光钟中的光子横向上的分速度则为光速,竖直方向上的分速度则为0,那么这个光钟从地面反射镜出发时发出“嘀”之后,再也会运行到顶面的反射镜,则无法发出“嗒”,由此可以得出飞船的时间静止了。不过,飞船并无法加速到光速,但我们可以使飞船无限接近于光速。

图:当飞船速度无限接近于光速,光钟的运行轨迹倾斜角角度无限接近于0
如果把飞船换做为一个光子,拥有光速,那么它在时间运动上为零。它可以一瞬间到达任意地方,比如从太阳到达地球,但在地球上的人类看来却需要8分多钟。实际上,不仅仅是如此,没有时间的光子,还不算悲剧,更悲剧的是它连从太阳旅游到地球的这个过程都无法享受,无论空间间隔有多远,对它来说也是0。
尺缩效应
体验完地球上视角,我们再来看看飞船上的视角。这两者之间较大的不同是地球人相对于地球上的环境是静止的,但飞船人相对于整个地球在动,所以与周围环境产生了相对移动。飞船相对周围快速运动,周围环境也以同样速度相对于飞船运动。
图:地球离我而去
如果说地球上60亿人口看着飞船上的光钟走得慢,那么此刻飞船人惊呆了,它看到了周围环境60亿人口的钟表,大楼上的钟表都走的比他的快,他似乎比60亿人衰老得更快!
这就是爱因斯坦说的“时空”,时间和空间本位一体,是不可分割的。假设当你相对一个空间静止时,你的时间流逝是100%,突然你启动了,你在空间中产生运动时,你的时间运动就会减小,即时间流速变慢。对于环境来说,因为环境相对于你在进行空间上的运动,所以时间上的运动就慢了。然而这一切是对于有质量的环境或者飞船来说的!

图:曲率飞船
飞船人相对于环境高速飞行还会有另外一个影响,飞船的尺寸和运动方向上的空间距离会收缩。因为光速对于任意参照系的观察者来说都是不变的,如果飞船的时间较慢,那么距离也要相应的缩短,这样光速才能保持恒定不变。在狭义相对论中所有的推导都基于光速不变原理。

图:狭义相对论公式
根据钟慢(时间膨胀)尺缩效应我们可以得到,速度对应时间和长度的公式。

图:时间随速度膨胀(左图)和长度随速度收缩(右图)。
随着飞船运动的速度无限接近于光速,飞船的时间会无限趋近于静止,同时空间距离会缩小到无穷小。
光子的视角

图:所有的无质量粒子,都以光速运动。如果一个物体以光速相对于你运动,你会发现它的时钟是静止的。
从上文的时间膨胀与尺缩效应,我们可以得出结果。无论飞船如何加速,只会让它在靠近光速的道路上越走越近,它会经历相对于自己更严重的时间膨胀、长度收缩。但是它永远无法达到光速,因为只有无静态质量的物体才能达到光速。而光子就是时间膨胀的极限——静止,长度(距离)收缩的极限——一个点。
光子没有时间上的运动,如果它运动的方向标记为X轴,那么X轴由于光速不变原理会收缩成一个点,即时空中没有时间t轴,也没有x轴,只剩下一个平面,所以宇宙对它来说是二维的,它从太阳到达地球无非就是这个二维平面的一个点。它从一个电灯泡中发射出来,这个二维平面出现了一个点,当它接触到物质被吸收,这个点消失,对于光子来说这个过程中是没有时间流逝的,所以光子一生只经历两件事“出现”与“消失”。光年对于我们来说是光走了一年,如果你问光子它会呵呵一笑:对于我来说都是不存在的!
大家都在看
-
探索宇宙的奇迹!中学生深度参与研制的卫星升空了🚀🌌 中学生深度参与研制卫星。又一个让人热血沸腾的消息,由中学生深度参与研制的科普卫星成功发射入轨,开启了它的太空之旅。这颗卫星重量约18.7公斤,运行在太阳同步轨道。它承载的不仅仅是探测设备,更是一群孩子仰望 ... 宇宙探索08-26
-
用数字 4 帮助小学生探索宇宙的无穷奥秘 教育的本质,从来不是灌输零散知识点,而是启迪智慧,培养孩子强大的逻辑思维能力,以及独立解决未知问题的能力。真正的科技创新,核心不在于解决某一道既定难题,而是创造一套全新的思维模式。顶尖学者能够取得世界 ... 宇宙探索08-24
-
《射电望远镜:探索宇宙的神秘之眼》编辑手记 每个人的童年,大抵都有一场与星空的邂逅。在澄澈的夜晚,我们抬头仰望浩瀚星河,心中总会生出无限遐想:那些璀璨星辰从何而来?浩瀚宇宙中还隐藏着多少未解之谜?这份源于仰望的好奇,是人类与生俱来的浪漫,更是人 ... 宇宙探索08-23
-
探索宇宙真相,揭秘意识的秘密 宇宙的本质与意识的关系。宇宙与意识的本质到底是什么?今天揭开这个秘密。宇宙并非只有物质,而是永恒的意识流。我们所感知的物质世界包括身体、椅子等,实际上都是高频振动下的虚拟幻象。现代量子力学和古老东方智 ... 宇宙探索08-21
-
人类登月的壮举与探索宇宙的征程 38万公里的地月距离、总重2970吨的超级火箭、225亿美元实打实的投入、30万人熬了整整11年——人类终于在月球表面踩下了第一个属于智慧生命的脚印。前阵子我翻老航天纪录片,看到这段历史的时候,鸡皮疙瘩一层一层往 ... 宇宙探索08-18
-
《宇宙探索编辑部》如果绝对理性无法解释痛苦,那就允许荒诞存在 雪花点不过是宇宙微波背景辐射,是创世大爆炸留下的余温……很小的时候,家里只有黑白电视,每星期总有那么一天接收不到任何电视台的节目,电视机上只有嘈杂的雪花,那些噪点跃动在小小的屏幕上,背后是放学回家之后 ... 宇宙探索08-16
-
宇宙探索·绕着两颗太阳转的行星:在"两个白昼"之间生命能否存活 外星人探索·绕着两颗太阳转的行星:在"两个白昼"之间,生命能否存活在所有关于"另一个世界"的想象里,最常被电影偷走的画面,是两颗太阳一起沉入地平线。但科学要追问的下一个问题更硬:在那样的光 ... 宇宙探索08-16
-
韦伯望远镜又发现了什么?近期宇宙探索热点观察 最近几年,宇宙探索不断带来新的惊喜。詹姆斯・韦伯空间望远镜凭借强大的红外观测能力,让人类看到了更遥远、更清晰的宇宙细节。从遥远星系到正在形成的恒星,从系外行星到黑洞附近的极端环境,新发现正在不断改写人 ... 宇宙探索08-16
-
耗尽百年发展科技,人类不断探索宇宙,最大难题从来不在星空 百年来,人类文明始终在向外奔赴。 从伽利略第一次举起望远镜望向深空,到人类踏足月球、探测器登陆火星;从卫星组网俯瞰地球,到深空探测器飞出太阳系边界。我们倾尽举国之力钻研航天、物理、人工智能、量子科技, ... 宇宙探索08-08
-
学科科普:全面读懂探索宇宙本源的宇宙学 宇宙学是天文学最具浪漫色彩的分支之一,它跳出了单个天体、单个星系的研究局限,把整个宇宙作为研究对象,探索其起源、结构与演化的底层规律。读完这篇内容,你就能系统掌握宇宙学的核心框架、研究逻辑与发展脉络, ... 宇宙探索08-08
相关文章
- 耗尽百年发展科技,人类不断探索宇宙,最大难题从来不在星空
- 学科科普:全面读懂探索宇宙本源的宇宙学
- 让孩子通过趣味科普了解古代天文学知识,更建立起对宇宙探索欲望
- 宇宙探索:人类文明跃迁的终极方向
- 被困在5万度火墙内?人类耗巨资探索宇宙,究竟面临多少绝境?
- 宇宙的探索与揭秘:地球不是悬浮的,它一直在往太阳里掉?
- 黑洞、暗物质、AI、生命本质!世纪难题,国内谁给出了完整假说?
- 探索宇宙,可以带来多大盈利?
- 为什么要进行宇宙探索?意义何在?
- 拨开科幻迷雾,解析地外文明研究,读懂宇宙探索的真正价值
- 耗费巨资奔赴星际,人类拼尽全力探索宇宙,到底图什么?
- 每秒飞一光年也没用?科学家认为:人类永远无法飞出宇宙
- 探索外太空,感受宇宙的神秘与浩瀚!🚀🌌
- 想象类作文之宇宙探索
- 《宇宙是什么:探索宇宙的起源、结构与深层奥秘》日 村山齐 202409
- 天文科普启心智 探索宇宙燃梦想
- NASA新太空望远镜将探索宇宙的重大谜团
- 引力波天文学:用时空的涟漪聆听宇宙
- 探索元宇宙的三个发展历程,开启未来新篇章!
- 碳基生命缺陷太大?硅基生命更适合宇宙探索!人类真能转化吗?
热门阅读
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
中国51区秘密基地,窃密必被抓(抓住就杀头) 07-11
-
这6个神奇天体有很酷的名字 06-01
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
-
创生之柱是什么?(创生之柱给予了许多恒星生命) 12-25
精选文章
- 预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临
- 2025年宇宙探索大爆发!月全食、火星冲日等,这些天文奇观别错过
- 中国空间站离地球有多少公里有多大,400公里/大约有110立方米 ...
- 黑龙江50万年死火山苏醒, 内含15%电量的巨大岩浆囊
- 中国古代四大凶兽,四大神兽vs四大凶兽谁更强
- 中国“天宫”空间站将在2022年前后建成 呈T字型有三个舱段最多可驻留6人 ...
- 误会一辈子!破伤风其实是一种细菌跟生锈铁完全没关系
- 新冠病患康复后,可能“精子减少或无精”
- 中国长征五号B遥一运载火箭全貌曝光 本月底在海南文昌航天发射场进行首次发射 ...
- 美国同步空间态势感知项目(GSSAP)军事间谍卫星多次秘密靠近俄罗斯和中国的航天器 ...
