一光年是多少光年(天文单位换算)


光年,天文学中表示距离的单位,虽然有“年”字,但并非时间单位。而它却能让观察者穿越时光,见证过去。

光年定义为光一年内走过的距离,光速为每秒299792458米,相对于任何参考系而言恒定不变。人们通常以太阳系半径定义为一光年。由此可见,光年与光速息息相关,而我们的一切感官活动都依赖于光,这也印证了光年能够让我们“视察”时间的观点。

天际浩瀚的距离赋予了我们目击历史的能力,例如,仰望夜空中的明亮天狼星,其实我们看到的是8.6年前的状态,因为它的距离达到8.6光年,而此时天狼星上发生的一切要在8.6年之后才能映入我们的眼帘。

我们定义光年为光速行驶一年所经过的距离,那么光走一光年,真的需要一年的时间吗?回答此问题因观察者的视角而异。从我们的角度看,光确实需要一年时间走完一光年;但对于光本身而言,情况则另有不同,这涉及到另一个概念:时间膨胀。

时间膨胀效应是指物体的运动速度越快,时间的流逝速度就越慢,也被称为钟慢效应,这已通过实验证实为一种客观存在的现象。

钟慢效应实验使用了一种被称为“μ子”的轻子,其运动速度可达光速的98%,因此时间膨胀效应非常明显。实验会在起点和终点之间设定距离,μ子的半衰期是一个明确的时间标尺(2.2微秒),计算得出μ子到达终点时剩余的数量。实际到达终点时,剩余的μ子远远超出了计算结果,这是因为μ子的高速运动导致其时间流逝速度减慢,从而到达终点时衰减的数量减少。还有一个思想实验也可以帮助我们理解时间膨胀效应,那就是“双生子佯谬”。

双生子佯谬是指让一对双胞胎,哥哥留在地球,弟弟乘坐接近光速的宇宙飞船离开地球,双胞胎弟弟飞行一圈后回来,哥哥已经是一位苍髯老者,而弟弟还是出发时的样子。

这是因为随着飞船速度的增加,惯性质量会增加,而惯性质量等同于引力质量,引力质量会导致时空弯曲,从而拉长飞船内部的时间,简言之,时间的流逝速度减慢了,所以对于弟弟而言,他只经历了一小段时间的飞行。物体的运动速度越快,时间的流逝速度就越慢,但任何具有质量的物体都无法达到光速,因为惯性质量会接近于无穷大,而继续加速需要无穷大的能量,宇宙中并不存在无穷大的能量,因此自然无法将具有质量的物体推进到光速。

由于宇宙飞船无法达到光速,飞船内部的时间只能变慢,而不会停止,但光则完全不同。

光子是一种基本粒子,而基本粒子不具有静止质量,不具有静止质量的光子从诞生之日起就只能以光速运动。对于以光速运动的光子而言,时间不仅变慢了,甚至完全停止了,这意味着从光子的角度来看,时间的流逝速度从未改变过,因为它从未流逝过。

现在,问题的第二个答案就显而易见了,对于光子来说,走一光年只需要一瞬间,而不仅仅是一光年,即使是横跨整个可观测宇宙的930亿光年,对于光子来说也只是一瞬间。这是站在光子的角度来看的,从我们的角度来看,光确实需要930亿年的时间才能完成这段旅程。