一光年等于多少米(1光年是多少亿千米)
光年是一个距离单位,而且是一个我们平时用不到的距离单位,因为它所表示的距离太过遥远了。一光年,顾名思义,就是光在真空中沿直线行进一年所经过的距离。
一光年,这三个字说起来简单,但如果换一种表达方式,就能够体会出它到底有多远,一光年如果以千米来进行计算,那就是9.46万亿千米。如此大的距离单位,不仅在地球上用不到,就是拿到太阳系中也鲜有用武之地。地球与月球之间的距离为38万千米,也就是1.3光秒;地球与太阳之间的距离约为14960万千米,也就是8.3光分;而我们花费数百天才能够到达的火星,与我们之间的距离也不过12.7光分而已,距离一光年还差得十分遥远,可见光年是一个地地道道的天文数字。一光年这个距离单位如此遥远并不稀奇,因为光速是宇宙间最快的速度,令我们感到好奇的问题是,光走完一光年的距离真的需要一年的时间吗?
一光年所表示的距离就是光在真空中沿直线行进一年所经过的距离,这是一个理想的环境,而这种理想的环境在现实世界是不存在的,所以光走完一光年所需的时间实际上不止一年。
宇宙是一个近乎于真空的环境,但并非绝对真空,它的平均密度约为每立方米6个质子。既然不是绝对真空,那么就会对光的行进速度产生微弱的影响。此外,光在真空中的速度虽然是恒定不变的,但宇宙空间却并非恒定不变的,从诞生伊始,宇宙就在膨胀,从未停歇。在宇宙中,空间范围越大,膨胀速度也就越快,而1光年范围内的膨胀速度约为每秒0.02米,一年时间长度大约会增加630千米,虽然对于光而言,这只是一段很短的距离,但同样也会导致光走完一光年的距离并非标准的一年时间。
光走完一光年的距离,所使用的时间虽然并非标准的一年,但也近似,而宇宙如此空旷,恒星与恒星之间的距离动辄几十、上百光年,即使实现了光速飞行,也需要数十年、甚至上百年才能够到达其它的恒星系,难道人类真的没有办法进行远距离星际探索吗?
人类未来是否能够进行远距离星际探索,我们不敢妄下定论,但光走一光年的距离需要近似一年的时间,这只是针对于站在地球上的我们而言的,对于光本身而言,不仅不需要一年,连一分钟也用不了,它只需要一瞬间便可以完成这一光年的旅行。为什么呢?因为时间是存在相对性的。通过爱因斯坦的相对论,我们知道了时间和空间并非两个独立的个体,二者其实是一个整体,不可分割,并称时空。
由于时间与空间是一个整体,所以当物体的运动速度加快时,它本身的时间流逝速度就会减慢,运动速度越快,时间流逝速度就越慢,这就是钟慢效应。
钟慢效应不仅是一个理论,而是已经通过实验证实的事实。钟慢效应实验简单来讲,就是让一个运动速度可以达到98%光速的轻子从起点向终点移动,由于轻子的半衰期是一个完全确定的时间标尺,为2.2微秒,所以很容易就能够计算出轻子到达终点时的衰减数量。结果实际上到达终点的轻子数量要比计算的多得多,由此可以证实高速运动使得轻子的时间流逝速度减慢了,对于轻子而言,移动所花的时间比我们低速环境下录得的时间少得多,所以衰减的轻子数量也少得多。
运动速度越快,时间流逝速度就越慢,当运动速度达到光速时,时间的流逝也就完全静止了,所以对于光而言,走过一光年的距离并没有经历时间的流逝,所以只是一瞬间的事情,而在我们看起来,它确实是花费了一年的时间,这就是时间的相对性。
所以,如果我们派出一艘光速飞船,前往一百光年以外的恒星,对于我们而言,他们在百年之后才能到达,但对于他们而言,只是一瞬间的事情,那时,我们的孙子都已经年逾百岁,而飞船上的人仍然与出发时无异。不过现实没有理论上这样美好,因为光能够以光速前行,是因为光子是基本粒子,不具有静止质量,而任何有质量的物体都不可能达到光速,因为随着运动速度的增加,拥有静止质量的物体会产生一个等效于引力质量的惯性质量,速度越快,惯性质量就越大,当速度达到光速,惯性质量就达到无穷大,也就需要无穷大的能量才能让他继续运动,而宇宙间没有无穷大的能量,所以也不可能把拥有静止质量的物体推进到光速。