一光年有多远:旅行者一号要飞3万年,光子不需要时间?

在和天文学相关的一系列距离单位中 , 我们最常听到的是天文单位和光年 。
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其中天文单位是指地球到太阳的距离 , 约为1.5亿公里 , 一般用于描述太阳系内天体之间的距离 。
比如地球到火星最远的时候有4亿公里 , 可以表述成2.6个天文单位 , 距离木星7.8亿公里 , 也就是5.2个天文单位 。
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而光年虽然带了一个年字 , 但实际上却是一个距离单位 , 表达的是光子在真空中飞行一年所经过的距离长度 , 也就是30万公里乘以31556952秒 , 最后算出来的一光年的距离长度为94607亿公里 , 9.46万亿公里 。
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如此遥远的距离 , 一般用来描述太阳系外天体与地球的距离 , 比如距离我们最近的恒星 , 是4.22光年外的比邻星 , 距离我们最近的星系 , 是250万光年外的仙女座星系 。
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有趣的是 , 经过天文学家们的测算 , 我们太阳系的半径也刚好是1光年 , 所以说早在1977年就发射升空的旅行者一号探测器 , 虽然已经飞出了太阳系日球层边界 , 但想真正飞出太阳的引力有效范围 , 还得再飞至少3万年才行 。
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而太阳系 , 只是宇宙中一个小水洼罢了
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从哈勃望远镜在2012年拍摄到的哈勃极深场里 , 天文学家发现了一万多个星系 , 其中最远的距离地球133亿光年 , 这些直径在数万光年到数十万光年的巨无霸 , 是远比太阳系这种直径两光年的小喽啰更宏大到存在 。但它们和可观测宇宙比起来 , 又算不了什么
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宇宙学家们结合最新的哈勃常数 , 计算出了可观测宇宙的半径是465亿光年 , 直径是930亿光年 , 大致是一个以地球为圆心 , 465亿光年为半径的球形结构 。
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单从数字上来看 , 光从可观测宇宙的一端飞到另一端 , 需要930亿年的时间 , 但事实上并非如此 , 真实情况是 , 光子不论是飞1光年还是飞930亿光年 , 都不需要时间 , 在它们的世界里不论再远的地方 , 都能瞬间到达 。造成这种反直觉现象的原因 , 在于时间膨胀
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在爱因斯坦于1905年发表的狭义相对论中 , 时间的流逝速度会随着物体的运动速度而变慢 , 简而言之就是你跑得越快 , 你老的就越慢 , 如果驾驶一艘近光速飞船绕地球飞1年的话 , 等你再回到地球后 , 地球上就会过去几百年甚至几千年 , 而你只老了一岁 。