太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

光子以光速傳播,因此我們常說,太陽光到達地球需要8分鐘,這是以我們的角度來說的。但是我們還知道當一個物體達到光速時,就會發生相對論效應,那麼問題是:

以光子的角度來看,它到達地球時,經歷了多長時間?

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

如果你家附近的一個超市距離你家0。8公里,你走0。8公里需要花費8分鐘,那麼當你從自己家步行到超市的時候就需要8分鐘,而超市的老闆也會認為你走過來花費了8分鐘,並且他和你一樣都變老了8分鐘。

如果我們按照牛頓的理論來說,也就是絕對的時空觀,空間只是一個固定的框架,而時間對於任何事物都是一個絕對的量,那麼對於宇宙來說,任何事物在任何地方的任何情況下,時間都會以相同的速度流逝。

但是,真實的宇宙如果符合牛頓的時空觀的話,那麼光速就不可能是一個常量。除非不管多遠的距離,光速否是瞬時達到的。

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

為什麼這樣說呢?現在我們想一下,你靜止不動,我距離你一光年遠,你此刻開啟手電筒照射我,如果我們的時間是一致的,具有同時性,那麼我必須在和你相同的時間,看到你開啟的手電筒。也就是說手電筒發射的光子必須瞬時到達我的眼睛。但是這是不可能的,光速是一個有限的值已經在二十世紀得到了證實,而且我們已經測量出了光速。我在一光年外看到的你,只能是你認為的過去。宇宙的同時性是相對的。

如果不同運動狀態下的觀察者時間是以同樣的速度流逝的,那麼光速就不是恆定的。這個怎麼理解呢?其實也簡單,現在想象一下,當你朝著一個方向奔跑,並開啟手電筒,那麼你跑的速度越快,光速就越快,光速就等於你的速度加上光本身的速度。這樣才能滿足不同慣性系下的觀察者時間以相同的速度流逝。

為什麼光速必須要滿足疊加呢?

看下圖,假設我們有一個光子鍾,一個光子從下到上再次返回下,我們計為1秒。如果這個光子鍾處在靜止的狀態,那麼光子只會上下跳動,時間就會正常的流逝。

但是當這個光子鍾運動起來的話,時間的流逝會發生怎樣的變化?

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

上圖可以很明顯的看到,當光子鍾運動起來以後,光子經歷的路程就會變長,如果光速不變的話,那麼我們看到的時間流逝速度就會變慢。如果想要時間還是以剛才的速度流逝的話,光速就必須加快。也就是說,光速會隨著物體的運動速度的加快而變快。

如果真的是這樣的話,就會發生一件更加神奇的事情。如果一個物體以非常高的速度移動,它朝運動相反的方向發射光子,物體移動的速度就會將光速抵消,如果速度足夠快,甚至會讓光子靜止,停留在空中然後緩慢的落下被物體吸收。這是多麼神奇的一個現象!

不過,事實證明,這種想法是錯誤的。我們不論做什麼,都不會改變真空中的光速。

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

1905年,愛因斯坦提出了狹義相對論,為人類重塑了時空感,當時沒有發現以太存在的邁克爾遜-莫雷實驗,以及神奇的尺度收縮和時間膨脹效應,最根本的原因是光速時一個宇宙常數。

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

相對論的影響雖然在現實生活中很小,但是總是在起那麼一點點作用。也就是說,你花了8分鐘走到了超市,如果你和店主的表十分的精確,並且在你離開家門之前時完全同步的,那麼當你走到超市的時候,店主的手錶會快不到2納秒!(一秒的十億分之一)

其實時間膨脹效應可以這樣理解,我們知道,事物不僅僅是在空間中移動,而且也不只是在時間中移動,時間和空間現在是一個統一的整體,不能單獨去談論任何一個。

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

其實任何的事物都一直在時空中運動,在時間中運動的速度和空間中運動的速度之間有一種特殊的關係,當一個物體在空間中沒有移動的話,那麼它就在時間中以正常的速度移動(也就是感受到正常的時間流逝),當一個事物在空間中移動時,那麼你在時間中移動的速度就會往空間中產生一個分量,導致在時間中的移動速度變慢(也就是時間流逝速度變慢)。

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

如果你快速穿過空間,那麼你在時間中移動的速度就是變慢。這就是為什麼當你走到超市的時候你的手錶慢了2納秒。你穿越空間的速度比店主快,所以你在時間的中的運動速度就慢了一些。如果你在空間中運動的更快,那麼你在時間中就走的越慢,當你以光速移動的時候,如果你以99。9999999%的光速去超市,不管這個超市離你有多遠,你的時間會比店主慢22000倍。

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

掌握以上的知識,現在我們來說下光子本身。光子可不是以接近光速的速度移動,而是就以光速穿過空間。當一個物體能以光速穿過空間,這就說明:

它絕對沒有質量,如果有,那麼這個物體就攜帶了無窮的能量。無窮的能量這是個我們人類無法想象的概念。

這個物體不會體驗到任何太空旅行的過程,因為長度收縮效應會把所有的距離都壓縮到一個點上。

這個物體也不會經歷任何的時間流逝,因為你在空間中達到光速,那麼你在時間中的移動速度就是零。

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

對於地球上的人們來說,太陽光確實是8分鐘前發出的,8分鐘後達到我們的眼睛。假如我們能觀察光子在這段旅程中的運動,我們就會發現它總是光速。但是假如我們在這個光子上能夠按一個時鐘,那麼光子的時間在我們看來就是靜止的。對我們來說光子需要8分鐘達到地球,但是對於光子來說,它並不會經歷時間。而是會瞬間達到。

因此,對於光子來說,談論時間是沒有意義的。它去什麼地方在它看來都不會經歷時間。都是瞬間達到。

當我們觀察宇宙中遙遠的星系時,這一點有位奇怪。

太陽光約8分鐘達到地球,那麼在光子看來它花了多長時間?

遙遠的星系,對於我們銀河系的觀察者來說,它們發出的光至少需要數十億年的時間才能被我們接受到。在這數十億年的時間裡,宇宙空間在膨脹,光子能量下降發生紅移。但是對於光子來說,並沒有經歷這段神奇的旅程,在它們看來,它們只經歷了被髮射,然後瞬間被吸收。在沒有時間的情況下,經歷了它們在遙遠距離上的全部旅程。

根據我們目前所知,就光子本身來說,它並不會以任何方式衰變,也就是它不會老去,不會感受到時間的存在。它去哪裡在它看來就是眼前,瞬間即達。

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