【科普】光飛行一年的距離是一光年,但光飛行一光年真的不需要一年

天空之城 2022/08/07 檢舉 我要評論

看到這個題目你可能有點懵,有點繞口令的感覺。

簡單講,在我們眼里,光飛行一年的距離的確是一光年,但對于光本身來講,光飛行一光年的確不需要一年時間,嚴格來講不需要任何時間,瞬間就可以飛行一光年的距離。

兩者并不矛盾,只是參照系的選擇不同造成的不同結果。

由于光始終以光速飛行,所以,不要說一光年了,哪怕再遙遠的距離,比如說宇宙的邊緣(930億光年遠),光也會瞬間到達,不需要任何時間。

根據愛因斯坦的狹義相對論,當一個物體以亞光速飛行時,會出現明顯的時間膨脹效應(鐘慢效應)和尺縮效應。

速度越快,時間流逝的速度將越慢,當物體的速度達到光速(這時候的物體其實就變成光了),時間就靜止了,或者說沒有了時間的概念。

不過具有靜質量的物體的速度是不可能達到光速的,相對論中的質增公式已經表明了這點,速度越快,物體的質量就越大,當無限接近光速時,物體的質量就無窮大,所以不可能達到光速。

時間膨脹效應和尺縮效應公式如下:

以上公式都是基于兩個假設推導出來的:光速不變原理和相對性原理,其中光速不變原理更具顛覆性,講的是光速的絕對性,光速與其他任何速度疊加之后仍舊是光速,光速不需要任何參照系,或者說在任何參照系下光的速度保持光速不變。

在狹義相對論的理論體系下,時間和空間不再是絕對的,而是相對的,具有彈性。同時時間和空間是有機的整體,任何把時間和空間分割開來的行為都沒有意義。

所以,本質上來講,時間膨脹效應和尺縮效應是同等概念,兩者是同時發生的。

由于時間膨脹(時間變慢),飛行同等距離所用的時間自然會更少,表現出來的也是尺縮效應。當你以亞光速飛行,在我們(地球人)眼里一光年的距離,瞬間就會變短,具體變短多少取決于你接近光速的程度。

舉個例子,你乘坐一艘飛船從地球出發飛往4.3光年外的比鄰星,假設飛船的速度可以瞬間達到亞光速,在達到亞光速的瞬間,4.3光年的距離在你眼里不再是4.3光年,而會比4.3光年要小。因為亞光速飛行的飛船會出現明顯的尺縮效應。

而光的尺縮效應會達到最大,因為光始終以光速飛行,不管多遠的距離,在光的眼里(假設光有意識)都是近在咫尺。

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