当前位置:首页 > 信息发布

太阳光到地球需8分钟,那在光子看来它花了多长时间?

微商货源信息发布   发布时间:2020-09-12   发布者:koubei5

太阳光到地球需8分钟,那在光子看来它花了多长时间?

我为什么要重复这个问题呢?原因是,这个问题包含两个方面!首先我们看到的光子真的全部来自约8分钟前的太阳光吗?最后一个问题就是在光子看来它离开太阳表面后,达到地球需要多长时间?

我们经常会看到有人说:太阳光达到地球需要约8分钟的时间,但还经常会看到有人说:太阳光子达到地球需要至少十万年的时间?这是怎么回事呢?下面就分析下这个问题。

有关于太阳是如何发光发热的,这个问题我们人类讨论了几千年,但直到上世纪人们才搞清楚到底是怎么回事。之前我们一直的猜测是,太阳通过化学反应燃烧燃料来为自己提供能量的,但是这样的猜想不足以解释太阳和地球的年龄,而且单位时间内释放的能量也有限,因为按照太阳的体积来说,如果仅仅是化学反应的话,不足以维持太阳燃烧1万年。

在这之后,开尔文勋爵提出了凯尔文-亥姆霍兹机制,他认为太阳的能量来源来自于引力势能的释放,但是引力势能也不足以解释地球上生物进化的时间,太阳总不能比地球上生物的年龄还小吧,说明这个机制并不是太阳能量的来源。但是凯尔文-亥姆霍兹机制解释了白矮星能量的来源,例如上图中的天狼星B,亮度只有太阳的百万分之一。

上世纪,我们的物理学不仅在宏观宇宙中取得了长足的发展,而且我们人类的视野也走进了微观世界,通过对原子核的发现与研究,我们知道了宇宙中另外一种释放能量方式:核能!通过向轻原子核添加质子或者中子,就能释放出大量的能量。通过将核能应用在太阳发光发热的机制上,不仅解释了太阳如何在单位时间能能释放出如此巨大的能量,而且也解释了太阳释放能量的时间尺度。

现在我们知道太阳每时每刻都将四个氢原子核,也就是质子融合成一个氦4,但是融合成的氦4的质量却比四个质子质量轻了7%,那么损失的质量就通过E=mc^2转化为了能量,不过太阳的核聚变只发生在其核心,因此太阳所产生的高能伽马射线并不能直接达到太阳表面,更不能直接逃离太阳的束缚,因为光子在传播的过程中最容易和带电粒子发生碰撞,并转移能量。

所以高能伽马射线从太阳核心转移到太阳表面的时候,会经历无数次的随机碰撞,随机碰撞就会造成光子的路径发生随机变化,我们称光子向外转移的这个过程为随机漫步。因此一个典型的伽马射线光子,想要从核心达到表面,需要跌跌撞撞的经历至少十万年的时间。由于每个光子的路径不同,发生碰撞的次数不同,损失的能量不同,因此太阳光就成为了一个连续的光谱,在各个波段上拥有大量的光子,但在可见光处达到了峰值。

所以我们经常听人说,太阳光达到地球需要至少十万年,但是这句话也不完全正确,因为我们看到的太阳光确实还有约8分钟前产生的光子,因为在伽马射线往外怼的过程中,会因为将能量转移到辐射层,对流层以及光球层,这些被加热的各个层间会因为温度的升高,释放出黑体辐射。因此,我们看到的太阳光中也有来自最外层的光子。所以,我们看到的太阳光有来自10万年前的,也有8分钟前的。

那么加下来的问题是,在光子看来,它们到达地球需要多长时间?

提出这个问题的主要原因是因为光子在以光速传播,而我们又知道爱因斯坦的狭义相对论,那么在光子看来,它的这段旅程肯定跟我们看到的情况不一样。

如果我们能在光子上安装一个时钟的话,那么我们看到的光子的时间将是静止的,这就是高速运动状态下的时间碰撞效应。具体情况,我们可以看下图:

上图就是我们常说的光钟,一个静止的光钟和运动的光钟所经历的时间明显不同,因为光子的速度在宇宙中是有限且恒定的,所以运动的光钟由于走过了一段比较长的路径,因此,它的时间就会更慢。当光钟在空间中运动的速度达到了光速的话,那么它将在时间中的运动速度为0。

上图就是狭义相对论中两个很重要的概念,一般在现实生活中低速的情况下我们都会忽略相对论因子:√1-v²/c²,但是当一个事物的运动速度达到了光速,从式子中就能看出,时间已经失去了意义,而长度对于以光速运动的事物来说也是0。

因此在光子眼里,它从太阳表面达到地球这段过程就没有花费任何时间,而且也没有任何距离,是瞬间即达的。也就是说,光子从诞生再到消亡是一瞬间的事。并没有经历我们外部观察者所认为的时间和空间。

上一篇:引力为什么在四大基本力中是最弱的?

下一篇:木星是地球的保护神,月球更是“生命之盾”,这都是设计好的吗?

 3    1 2 3 下一页 尾页


太阳光到地球需8分钟,那在光子看来它花了多长时间?评论(共有 0 条评论)

我要点评太阳光到地球需8分钟,那在光子看来它花了多长时间?
用户名: 密码: (游客无需填写密码)

验证码: 看不清楚,点击刷新 (如果提示验证码过期,请点击验证码刷新。)
【提交后需要审核】