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太陽光到達(dá)地球需要上萬年并非8分鐘,但對于光子來講只需一瞬間

 宇宙時空探索 2024-12-16 發(fā)布于遼寧

日復(fù)一日,我們沐浴在太陽的光芒之下,這已成為日常的常規(guī),讓我們誤以為太陽的光輝是自然而然的,鮮少有人質(zhì)疑太陽光何以能長久地“熠熠生輝”。

太陽之于我們的重要性,驅(qū)動著科學(xué)家們對其進(jìn)行無休止的探究。長久以來,科學(xué)家們普遍認(rèn)為太陽通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能量,如同燃燒一般照亮地球。

然而,根據(jù)各種計算,若太陽僅靠化學(xué)反應(yīng)燃燒,那么它不可能“持續(xù)燃燒”數(shù)十億年,恐怕數(shù)千年便會燃燒殆盡。

直至上個世紀(jì),隨著科學(xué)的飛速發(fā)展,科學(xué)家們終于揭曉了太陽能夠持續(xù)發(fā)光數(shù)十億年的秘密:核聚變。

太陽借由核能發(fā)光發(fā)熱,為地球鋪灑光明。

簡言之,在太陽的中心,溫度和壓力極高,在這樣的高溫高壓之下,四個氫原子核發(fā)生巨變,合并為一個氦4原子核。在這個過程中,約有7%的質(zhì)量消失,根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程,這部分消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成了能量。

然而,太陽的核聚變僅發(fā)生在其核心區(qū)域,而太陽的半徑約70萬公里,這意味著,核心發(fā)生的核聚變所產(chǎn)生的光(能量)需要穿越厚達(dá)70萬公里的太陽內(nèi)部才能抵達(dá)太陽表面,繼而穿越1.5億公里的太陽與地球之間的空隙,最終灑落在地球的表面。

或許有人會說:對于光來說,穿越70萬公里不就是輕而易舉嗎?光速約為每秒30萬公里,僅需兩秒多鐘即可穿越太陽的半徑。

然而,真實(shí)的過程遠(yuǎn)非如此簡單。太陽核心產(chǎn)生的光要抵達(dá)太陽表面,需經(jīng)歷無數(shù)次的散射和碰撞,歷經(jīng)重重困難才能抵達(dá),這個過程可能長達(dá)數(shù)十萬年之久。

這是為何呢?

太陽的內(nèi)部既不是固態(tài)、液態(tài),也不是氣態(tài),而是等離子態(tài),仿佛一鍋“稀飯”,粒子四處散射。核心產(chǎn)生的光子無法避開那些無序運(yùn)動的粒子。在光子向太陽表面行進(jìn)的過程中,會經(jīng)歷無數(shù)次的吸收與釋放的循環(huán)。

具體而言,這一過程類似于電子的不斷躍遷。最初,光子被一個電子吸收,使電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。但電子更傾向于返回基態(tài),因?yàn)榛鶓B(tài)相對更穩(wěn)定,于是電子釋放出光子,返回基態(tài),這一切幾乎在瞬間完成。

隨后,這一過程在下一個電子上重現(xiàn),如此反復(fù)……

歷經(jīng)重重困難,光子終于抵達(dá)太陽的表面,獲得“解放”,并在8分鐘(確切地說是8分多鐘)后抵達(dá)地球。

而僅從太陽核心抵達(dá)太陽表面,就需耗時數(shù)萬年!

然而,這一切都是從人類的時間視角來描述的。倘若光子有意識,它抵達(dá)地球需要多久呢?

答案是:無需時間,或者說是一瞬間。

根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論,光子在以光速運(yùn)動時,時間是靜止的。如果在光子上放置一個時鐘,我們會發(fā)現(xiàn)光子的時間是完全靜止的。通過下面的碰撞實(shí)驗(yàn)可以直觀地看出這一點(diǎn)。

圖中所見,是所謂的“光子鐘”實(shí)驗(yàn)。由于光速恒定,靜止與運(yùn)動中的光子鐘所經(jīng)歷的時間有顯著差異。運(yùn)動中的光子鐘會走過更長的路徑,因此時間會顯得更為緩慢,若達(dá)到光速,時間將完全靜止。

簡單地說,一旦光子達(dá)到光速,時間的概念便不存在了,不論是太陽與地球間的1.5億公里,還是其他任何遙遠(yuǎn)的距離,在光子眼中都是瞬息即達(dá)。對于人類來說,遙遠(yuǎn)的距離在光子看來近在咫尺,或者說距離為零。

由此,我們不得不面對一個殘酷的現(xiàn)實(shí):倘若光子擁有生命,其壽命便是一瞬間,可以視作“無壽命”,因?yàn)閷庾佣?,時間的概念并不存在,從誕生到消亡,一切在瞬間完成。

但對于人類來說,這一切的感知自然會截然不同。所以,不要試圖用我們的固有思維去揣度光子的行為。

順帶一提,光子一出生便以光速前行,而具有靜質(zhì)量的物體卻無法達(dá)到光速。但人類有可能以亞光速飛行。假設(shè)你乘坐一艘能瞬間加速至亞光速的飛船,離開地球,前往4.3光年之外的比鄰星。在這一剎那,你會發(fā)現(xiàn)比鄰星與你的距離不再是4.3光年,它會縮短,可能僅有1光年,甚至更短,具體取決于飛船離光速有多近。

這就是愛因斯坦相對論中的“尺縮效應(yīng)”,當(dāng)然,它也是時間膨脹(鐘慢效應(yīng))的另一個表現(xiàn)。

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