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我們能看到100光年外的天體,那是100年前的光嗎?


2022年3月31日 - 宇宙小編  
   

人類是一種生物,我們的生命只是世界上物質的一種組合,是短暫的存在方式。盡管根據物質守恒定理來說,組成我們每個人的物質並不會憑空從宇宙中消失,但它會轉變存在的方式,比如人的死亡就是在經歷一個物質存在轉變的過程。

盡管人體不會徹底消失,但生命本身會消逝,那些物質再也不是“我們”。因此對於人類來說,時間的流逝、生命的消亡都是無可奈何的事情,提醒著我們珍惜現下的每一天。而關於物質運動的過程,人類往往使用“時間”這個概念來形容,並且創制了各種時間單位。

人類使用的時間單位往往和宇宙天體的運動有關,比如我們所說的“一天”是地球自轉運行一周的時間,而“一個月”則是一次月相變化的輪回,“一年”是地球繞著太陽公轉一圈的時間。在近代的天文學興起之後,人們發現宇宙遠遠比我們想象中要博大,不管是空間還是時間,用地球上常用的單位已經不足以形容。

所以,人們在探索的承諾中又創造了新的單位。比如說,距離我們最近的天體是月球,但這個“最近距離”也達到了38萬公裏,如果其他天體和我們的距離也用公裏來計算,那麼將會是一個難以想象和計算的“天文數字”,因此我們需要更加大尺度的單位。

光年的概念

宇宙的廣大讓人類不得不放棄使用地球上常見的距離單位,那麼我們應該用什麼來丈量宇宙的大小?研究者們想到了用一些物質的速度作為尺度,既然宇宙廣闊無邊,那麼使用的標准速度自然也是越快越好。要說到宇宙中最快的速度,那麼非光速莫屬,其理論速度達到了每秒三十萬公裏,其他物質的速度遠遠比不上光速。



  

因此,科學家們選擇用光行駛過某個時間的距離來作為丈量宇宙空間的單位,比如“光秒”、“光分”等等,光速不單對我們的距離單位產生了影響,同時也影響了我們看到的一切。

人類的眼睛通過接收光線來在大腦中產生事物的影像,我們之所以能夠看到那些本身並不發光的事物,是因為光源發出的光線在物體上面產生了反射,比如說我們能夠看到月亮,就是因為月亮反射了太陽光。

太陽是人類世界最初、最明顯的光源,但是我們看到的太陽光並不是太陽在上一個瞬間發出的光,而是大約八分鐘之前的太陽光,因為太陽和地球之間的距離是八光分,也就是說太陽光要經過這麼長的時間才能夠到達地球,如果太陽熄滅,那麼我們要八分鐘之後才會知道。說到這裏,我們也就可以引出光年的概念了。

光年是我們在丈量宇宙中最常使用的單位,因為宇宙的大小遠遠不是更小的距離單位能夠形容。在太陽系之外還有銀河系,在銀河系之外還有本星系群和超星系團……這些天文單位的大小已經超過了任何人類能夠從日常生活中獲得的經驗,到達了完全的“概念”程度。

但是我們在生活中也能夠看到那些來自於遙遠的宇宙空間的信息,也就是天空中那些閃亮的星星,它們中的很多都處在距離地球數十、數百光年的位置,我們看到的微茫光亮或許來自一顆比太陽都要大得多的恒星。

我們看到的星光

人類自古以來就在仰望星空,我們能夠從中獲得不少關於宇宙的信息。古時候的人類往往將天體的變化和人類社會聯系在一起,但現在我們在了解了這些天體和我們的距離之後才知道,天體變化既不會對人世間將要發生的事情做出“預言”,也難以對我們生活的社會造成什麼影響。

不過從某一點來看,天體的變化確實和人類的生命有一些關系,這個點就是“時間”。我們所看到的數十、上百光年之外的星光,實際上也經過了這麼久的時間才最終被我們的雙眼所捕捉到。

也就是說,我們看到的這一瞬間的光,其實已經在宇宙中孤獨地漂流了多年。單純就光芒來說,如果這顆星星距離我們一百光年,那我們看到的確實是一百年前發出的光。但是,這並不代表我們看到的所有天體現象的時間都和天體本身的距離掛鉤,因為光在茫茫宇宙中行進的過程中,也會遇到一些“意外事件”,這些事件同樣會給我們看到的景象帶來改變。

比如說人類文化中往往會說到星星“一閃一閃亮晶晶”,或者將其形容為“眨眼睛”,就是光在傳播過程中發生了遮擋或者折射,因此“斷斷續續”的,在我們眼中看來就是閃爍。

我們看到了當年發生的事情?

我們使用肉眼看到的星光來自於多年之前,但其中也有一些之後發生的事件。總體來說,我們看到的一切只會發生得比天體距離我們的光速行進時間更晚,因為宇宙中沒有比光速更快的物質。但一些學者認為,宇宙本身膨脹的速度可能比光速更快,因此我們能夠觀測到的宇宙空間也十分有限,這個空間被稱之為“可觀測宇宙”。

通過觀察可觀測宇宙中的一切,我們能夠得知宇宙中許多天體變化的過程,從中總結出規律。比如,我們知道恒星會在主序星階段結束之後膨脹,又會在這之後發生坍縮,最後還有可能成為黑洞,都是通過觀察和計算得到。

因此,我們現在在天上看到的那些星星,很有可能在我們接收到其光亮的時候已經改變了形態,成為了完全不同的星體或者已經熄滅,這些變化都需要我們再經過更長的時間才能夠知道。

人們常說時間無法倒流,但我們雙眼所看到的星光,其實都是來自於過去的信息,人類本身的歷史和宇宙的過去巧妙地聯系在了一起。那麼,如果有一天人類能夠到達光速甚至比光速更快,我們能不能像影視作品中的時光機那樣回到過去?

光速和時間

人類的時間概念和物質變化息息相關,我們所謂的“過去”其實就是之前物質的種種狀態。如果我們能夠比光速還要快,那麼可能會看到過去發生的事情,但能不能對其進行改變,現在也沒有人能夠對此下定論。

但如果我們以後有一天發明了“光速飛船”,在行駛過程中有可能發生這樣的事情:宇航員在光速飛船上行駛了100光年的距離,等到他回到地球的時候會發現已經“物是人非”,因為地球上已經過去了一百年,而自己還一點都沒有變老,這是為什麼呢?

根據愛因斯坦提出的相對論,物質運動的時間和速度成正比,也就是說不管多遠的距離,對於光本身來說也是一瞬間發生的事情。那麼以光速行駛的飛船,在某種程度上也算是“光”,我們看到的是它飛行了一百年,但是對於光本身來說也只是一瞬間。



  

現在宇宙中的天體動輒距離我們成千上萬,甚至是數億光年,如果我們要進行星際旅行,在可觀測宇宙中遨遊,那麼僅僅提高飛行器的速度顯然不現實,畢竟不可能所有的人類都登上那麼一艘飛船。

我們如何突破光速?

盡管在理論上不可行,但現在的我們在實際上也不可能達到光速,不光是因為宇宙中有質量的物質都無法達到光速,就像達不到“絕對零度”一樣,也因為我們的技術十分有限,連亞光速行進對於人類來說都可望而不可即。

盡管我們在為此而不斷努力,但也有一些人提出了自己的意見:既然我們的飛船達到光速也沒有實際意義,為什麼我們不“另辟蹊徑”,用其他的方式達到目的?

既然人類的目標不是達到速度的極致都是自由自在地暢遊宇宙,那麼我們也許可以從“空間”這個概念入手來進行研究。一些科學家認為,如果能夠利用“反物質”來給飛船提供能量,那麼就可以在宇宙中利用空間波動的方式完成躍遷,用比光還要快的方式到達更遠的宇宙深處。

如果這一思維有效可行,那麼我們就不用花費太多時間在單純提高飛行器的動力而速度上,而是應該研究更新的物質與能源。如果這樣看來,人類在未來進行星際旅行也不是一件完全不可能的事情。

結語

我們對於物質的認識是一個循序漸進的過程,人類最早認為光是一種微粒,物理學先驅牛頓就持有這種意見;但也有一些人認為光是波動,並且和持有光是“微粒”學說的然展開了長達數百年的大爭論。

後來,光被認為是一種電磁波,而愛因斯坦提出的量子論成為了現代光學研究的又一基礎。但即使是現在的人們也不敢徹底肯定,我們如今的認識是不是真理。在之後,人類對光的認識或許還會發生改變,甚至完全推翻之前的結論,這是天體的變化無法“預言”的未來。

人類每天晚上能夠看到的星星都是一封來自於遙遠過去的邀請信,它邀請著這個小小星球上的智慧生物去不斷探索、發現。

或許浩瀚的宇宙對於小小的人類來說實在是太過廣闊,但這並不是我們不去進行研究的理由。人類正是因為數千年以來的進取心、好奇心才一步步發展到今天,我們永遠不能夠忘記這一切,並且在今後也要發揮這種精神,將我們的文明建設得更加強大。

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