科学家们花了300年的时间,通过做实验并进行计算,才确定了光在真空中惊人的传播速度:每秒钟186,282英里(折合299,784公里)。

宇宙中的一切是否是早已注定的(为何宇宙中的一切都是历史)(1)

光在空气中的传播速度比真空中稍慢一点。实际上在一些极度的实验中,已经可以把光减速到犹如爬行,甚至可以使其看起来象是在后退。但是在我们日常生活所遇到的尺度范围中,光传播得极快,以致于我们感觉周围的一切都是实时发生的。

抬头仰望夜空,这种错觉就开始站不住脚了。

光从那里到达地球需要时间,所以‘那里’越远,光离开那里的时间也就越早,因此我们在某个时刻看到的所有天体都是过去的情形

我们所看到的相对较近的月球,是它在1.2秒钟以前的情况,而所看到的较远的太阳则是它在大约8分钟以前的情况。可以认为这些测量数据——1.2光秒和8光分,都是既可以描述时间又可以描述距离的。

太阳半径70万公里,光子在太阳内部是以随机游走的方式传播,太阳半径70万公里,一个在太阳中心产生的光子,大概要花上1000万年的时间才能到达太阳表面。

光速每秒30万公里,太阳半径大约70万公里,粗略计算光子从太阳中心传播到表面,也就两秒多的时间,但为何实际上要花上近1000万年呢?这是因为光子在太阳内部的行径方式很特殊。

宇宙中的一切是否是早已注定的(为何宇宙中的一切都是历史)(2)

光子的自由程△l:1cm;

太阳的半径R:7×10^8m;

真空中光速c:3×10^8m/s;

光子随机游走的步数为N,游走距离为L:

根据随机游走公式有:L=△l√N;

那么光子从太阳中心,随机游走到太阳表面,所需要的时间T:

T=R^2/(△lc)

=(7×10^8)^2/(10^-3×3×10^8)

=1.6×10^12秒≈518万年;

以上只是粗略估计的值,但是也说明在太阳中心产生的光子,大约要花上1000万年左右的时间,才能到达太阳表面;然后到达太阳表面的光子,传播到1.5亿公里外的地球,只需要大约8分钟的时间。

宇宙中的一切是否是早已注定的(为何宇宙中的一切都是历史)(3)

更远的天体,如其他恒星,距地球非常遥远,其距离通常用光年来计算。光年是指光在一年的时间里所穿行的距离,约相当于6万亿英里(折合10万亿公里)。即使最近的恒星系统——比邻星,也位于四光年开外的地方,所以对于地球上的我们来说,比邻星是四年多以前其光线开始传播时的样子。

这样,光速的有限性使我们能够对过去进行有价值的观测,当我们极力遥望之时,对宇宙观察得距离越远,我们所观察到的情况在时间上也就越早。

就遥远的星系来说,我们所看到的是它们在亿万年前宇宙相对年轻时候的情况。

有些星系特别遥远,其光线尽管行走了137亿年,但仍没有足够的时间到达我们地球。还可能存在更为遥远的天体,它们将永远不为我们所知。

因为宇宙正在膨胀,而且膨胀的速度好像在加快,所以可能存在这样的情况:如果遥远星系的光线因不具备到达我们地球所需的时间,致使我们现在未能看到这些星系,那么我们将永远也看不到这些星系了。

宇宙中的一切是否是早已注定的(为何宇宙中的一切都是历史)(4)

因此,我们永远无法看到宇宙目前的面貌,我们所看到的只是宇宙发展历史中各个阶段的情况。

有办法比光传播得更快,同时又不违反狭义相对论,但是这些超光速的手段要么是以透明媒质(如:水)为传播媒介,要么就是无法进行信息传输。

要想打破太空中的光速极限,做到跟宇宙的交流就如同我们在地球上进行的日常交流一样容易,这被认为是一个几乎无法完成的任务,即使考虑到异乎寻常的理论,也无法完成。

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