光年是光走一年的距離,是距離單位。但是,一光年的距離光真的需要走一年嗎?

莫離129758747


精確地來說光年不是光在普通意義上一年傳播的距離。此外,一光年的距離,光至少要走一年,也就是說光可能還要走更長時間。物質無法達到光速,光速是有質量的物體的速度的極限,但達不到。


光年的定義

一光年的長度約為9.46萬億公里(9.46 x 10^12公里)。光年是由國際天文學聯合會(IAU)定義的,具體的描述是:

光年是光在一個朱利安年(365.25天)內在真空中傳播的距離。1光年精確地等於9460730472580800米。

上圖:知名天體到地球的距離,以光年計算。


注意光年概念的幾個要點:

  • 光年是人為確定的值

  • 光年是光在一個朱利安年在真空中傳播的距離

  • 1光年的值是一個精確的值


在天文學中,朱利安年不是國際單位制(SI)中的計量單位,但它被國際天文學聯合會(IAU)認可為用於天文學的非國際單位制單位。朱利安年定義為以每天86400秒計的365.25天。朱利安年的長度是在幾個世紀前西方社會中使用的儒略曆中的年平均長度。天文學上的朱利安年通常只是用於衡量持續時間而不用於指定日期。


我們日常使用的一年的概念是迴歸年

迴歸年(也稱為太陽年)是從地球上看到太陽的在季節循環中返回同一位置的時間; 例如,從春分到春分,或從夏至到夏至的間隔時間。由於晝夜平分點的進動,季節週期與地球在太陽周圍軌道上的位置並不完全同步。 因此,相對於太陽系外固定恆星測量的結果(恆星年),迴歸年比地球圍繞太陽完成一個完整公轉的時間短約20分鐘。


二零零零年的迴歸年長度為365.24219個星曆日(以遙遠固定恆星來測量的一日的長度),每個星曆日為86400秒,這實際上是365.24217個平均太陽日。[頭條·小宇堂——未經許可嚴禁轉載]

上圖:一個恆星年是365.2564天,而一個迴歸年是365.2422平均太陽日(實際上每年是不同的)。


光年常用於非專業描述

在非專業和科普出版物中通常用光年來描述天體的規模和間隔距離但在專業天體測量中最常用的單位則是秒差距(大概是3.26光年)。

上圖:秒差距的定義。秒差距是從太陽到具有一個弧秒的視差角的天文物體的距離。有點難懂是吧,記住1秒差距大概就是3.26光年就好了。


光在介質中的速度低於光速常量

一束光如果在透明介質(非真空)當中傳播,那麼它的速度必然會低於真空中的光速(也就是光速常量c)。因此如果光在一個朱利安年內穿過任何介質,那他便無法完成一光年的距離。

上圖:折射現象就是光在不同的介質中因傳播速度不同而形成的傳播路徑改變的現象,折射的角度與光在不同的介質中的傳播速度存在著比例關係。這個關係由斯涅爾定律描述。


有質量的物體無法達到光速

根據狹義相對論,任何有質量的物體都無法達到光速。所以請不要動不動就扯光速飛船和超光速之類,不存在的,親。


小宇堂


一光年的距離光需要走一年嗎?答案是:這個說法既不對也對。

“光年”這個單位中雖然帶了一個“年”字,但是這個單位不是時間單位,而是距離單位,意思是真空中光走一年時間所走過的距離。類似的還有光秒、光分等等,代表光走一秒鐘走過的距離和一分鐘走過的距離【如下圖所示】。

那麼為什麼人們偏偏要創造出來“光年”這個距離單位呢?我只要說一個例子大家就能夠明白了。

比如說一個小區在宣傳小區地理位置優越的時候,往往不會說這個小區距離市中心多少多少公里,而是會說,小區距離市中心20分鐘車程。這麼一說,這個距離的概念立刻就變得比較直觀了。

光年也是一樣的道理。宇宙中目前速度最快的就是光了,用光速來作為一個標準衡量距離是非常直觀的,所以“光年”被創造出來就是這麼一個原因。

那麼光走過一光年的距離真的需要一年的時間嗎?實際上不是的。

首先,光速跟介質有關,在不同的介質中,光速傳播的速度不一樣。比如說光速在水中的速度就要比光在真空中的速度慢很多。所以如果在水中光要走一光年的距離需要超過一年的時間。

其次,宇宙本身是在不斷膨脹的【如下圖所示】,就好像一隻螞蟻在一個不斷膨脹的氣球上爬行一樣,爬過兩點之間所需要的時間除了要考慮螞蟻本身的速度和兩點之間的距離,還要考慮氣球本身的膨脹。

但是,說光走過一光年的距離需要一年的時間又是正確的。

因為宇宙中的絕大部分空間都是真空,所以光速就是真空光速。而且雖然宇宙是在膨脹之中,但是除非是相隔距離幾十億、一兩百億光年那麼遠,否則宇宙膨脹對光運行時間的影響是微乎其微的。

簡單說,雖然從理論上講,光走一光年的時間不是剛剛好一年的時間,需要考慮很多的因素,但是從實際角度上說,在絕大部分時候我們都可以近似認為光走一光年的距離就是需要一年的時間。


SilentTurbine


光年是一個天文學概念,有這嚴格的定義。我們看下光年的定義:

光在宇宙真空中走一年的距離即為光年。



那麼,看了定義就簡單明瞭了,光年雖然帶了個“年”字,但是卻是很明顯的距離單位,而且是一個可以計算的定值:即光速乘以1年,因為真空光速為299,792,458米(準確值),所以一光年等於9460730472580800米,即9.46*10^12千米。這是一個非常大的數字,達到我們無法想象。要知道地球和太陽的距離也才8光分,比1光年要小394.2萬倍。而天文學家之所以創造光年這個距離單位,就是因為在宇宙中,星系直接的距離太過於遙遠。如果還是用千米作為單位,那麼書寫將會極其複雜。所以,使用光年後,可以極大地簡略宇宙空間距離的書寫。比如距離我們最近的比鄰星,如果寫成千米,是一個16位數,計算機都已經無法完全算出精確的數值了。但是,使用光年,則可以直接寫成4.22光年。

當然了,在我們眼中光年已經很大了。但是在天文學家的眼中,光年還是不夠大。有一種單位,比光年好大。他就是秒差距,一個秒差距是3.2616光年。而秒差距之上則是千秒差距,萬秒差距,百萬秒差距等。這些我們平常根本用不到的距離單位,全部都是為天文學精心打造的。這次數字只能夠說明我們的宇宙實在是太過於浩瀚。我們人類就像是微生物一樣,小的沒有邊界。


科學探秘頻道


光年是一個長度單位,用來計量光在宇宙真空中沿著直線傳播一年的時間所走的距離,它常常會被用來表示天體與天體間的距離。按照字面意思來說,就是光在宇宙中沿著直線傳播一年的時間所經過的距離,光年是通過時間與光速計算出來的一個長度單位,並不是所謂的時間單位。那麼,瞭解了光年這個單位後,我們不禁產生了疑問,難道一光年的距離真的需要光走一年嗎?



答案是不確定的,不是絕對的。我們都知道,光的傳播需要介質的,介質不同,其傳播速度也不同,光在真空中傳播速度是最快的,在除了真空以外的其它介質中都沒真空中的速度快,所以光走一年的時間經過的距離與光所傳播經過的介質有很大的關係。而一光年的距離只是指光在宇宙真空中走一年時間的距離,注意這裡的介質是真空,必須是在真空這一介質中傳播,所以嚴格來說,一光年的距離並不能籠統地說是光走一光年經過的距離,而應加上在真空這一介質中傳播這個必要的條件,方可成立。



一光年為9460730472580800米,這是按一個儒略年(定義值為365.25天)的時間計算出來的確切值,如果我們還是用米,千米等單位表示宇宙中天體之間的距離,數據太大,未免也太麻煩了,但自從有了光年這個長度單位後,我們表示天體與天體之間的距離也就簡單方便多了。


時間史


光年是光走一年的距離,是距離單位。但是,一光年的距離光真的需要走一年嗎?

一個非常有趣的話題展開了,別看幾句話簡單描述,但這裡麵包含好幾層含義,我們一層層來剖析!

一、一年的時間是多久?365天?366天?

在平時一年是365天還是366天都影響不大,反正我們是過整數日子的,並沒打算過半天或者小半天之類!但在計算光速時突然就成了一個嚴重的問題,一年到底是多久?

我們以地球環繞太陽公轉一圈一年的標準,當然不可能湊那麼好剛好是個整數天!而且又跑出好多關於年的定義,首先來看看跟公轉相關的有哪幾種年?

1迴歸年=365.24220 平太陽日   

1恆星年=365.25636 平太陽日   

1近點年=365.25964平太陽日   

1交點年=346.62003平太陽日   

1儒略年= 365.25平太陽日

迴歸年和恆星年即以遙遠恆星為參照物時與太陽經過同一點時的時間,兩者相差1個小時左右,對我們日常當然沒有區別,但對光走的路程差別就大了,而儒略年則是天文學上測量時間的單位,定位為365.25日,每天86400秒,一年總共為:31557600秒!光年的標準是計算比例以儒略年為時間單位!

二、光走一年到底是多遠的距離

上文已經定義了一年的標準時間為:31557600秒

光速則為光在真空中的速度為標準:299792458m/s

那麼光年很容易即可計算出來,為:9460730472580800m

三、光走一光年的時間真的是一年嗎?

終於到關鍵問題了,一年的時間也確定了,光走一年的距離也計算出來了,那麼吃瓜群眾有一個問題,不知道該問還是不該問,“光走一光年真的是一年嗎?"

我們還是先給出答案吧:一光年的距離對於光子來說需要的時間是0,但我們卻能切切實實的觀測到光需要一年的時間才能走完整個路程!這是因為在光速下光子的時間是停滯的,對於光子來說它去到任何地方都不需要時間,甚至到宇宙的盡頭!這就是相對論中的鐘慢效應!

換算公式如上圖,t'為觀測者的時間,t則為光子所經過的時間,當u=c時候,很明顯t將等於無窮大,因為它永遠都走不滿這個時間,所以無窮大了!


星辰大海路上的種花家


這個問題涵蓋的信息較大,且不同的介質條件下光的傳播速度是不一樣的,需要拆分進行回答。

從定義來講,光年是根據光速和時間計算出來的長度單位,籠統的說一光年就是光在宇宙真空中沿直線傳播一年所穿越的總里程,根據計算一年有60*60*24*365=31536000秒,而光在真空中的傳播速度約為300000km/秒,二者相乘可求得一光年約等於9460800000000千米。

因此題中所說的光年是距離單位和一光年的距離光需要走一年這兩個問題如果放在宇宙空間裡都是對的,且雖然宇宙空間並非絕對的真空,但也是無限接近於真空(如月球表面已經是超高真空),因此對光的傳播影響十分微弱,可以忽略不計。而且通過以上數值的計算,我們可以得出一個結果,就是光年前面的數值越大,其距離越遠,比如地球到室女座本超星系團中的M87黑洞的距離約為5500萬光年,它要遠遠大於地球到銀河系中心距離的約2.6萬光年,大約是2115.4倍。

由於光是宇宙中已知的傳播速度最快的,且光年代表的實際距離足夠遠而數值相對較小,便於統計和計算,因此被作為計量天體距離的常用單位,此外天文單位、秒差距等也是常用的計量天體距離的單位之一。

前面講到了光年所表示的距離是在真空環境下得出的,但這並不能反推出億光年的距離光需要走一年這個結果,前者是後者的充分不必要條件。比如光在水中或在玻璃等透明物質中的傳播速度要明顯小於在真空中傳播的速度。

不過,光年已經是一個定值約為9.461萬億千米,它就與一天文單位最早是等同於從地月系質心到太陽的平均距離一樣,是人為定義的,即1天文單位等於149597870700米,不再是一個隨著地月系質心到太陽平均距離的變化而變化,這樣更有利於科學研究,因此也沒必要抬槓說考慮到宇宙膨脹、地球自轉速度減慢什麼的,因為真的沒有必要。


地理那些事


嚴格意義上來說,一光年的距離並非是光走一年的距離,而是應該光在真空中走一年的距離,這是一個長度單位。之所以需要強調真空,是因為光的傳播速度與介質有關。在非真空的介質中,光的傳播速度要比真空中的光速更慢,例如,光在水中的傳播速度大約為真空光速的75%。

那麼,為什麼真空光速會被用於長度單位的定義呢?

由於光的傳播速度非常快,很早之前的人們會覺得光速是無限的。到了17世紀,天文學家羅默基於木衛一的星蝕現象確定,光速是有限的,只是速度非常快。後來的科學家通過各種方法測定,光的傳播速度每秒可達30萬公里。

雖然光速是常數,並且相對於任何參照系都維持恆定,但由於測量儀器的誤差,我們不可能完全準確地測出光速的大小。在科學家把光速測定到一定精度之後,科學家決定捨棄掉光速的小數點,把光在真空中的傳播速度定義為準確的299792458米/秒。

光速被確定之後,人們捨棄了由米原器確定1米長度的標準,轉而用光在真空中傳播1/299792458秒所走的距離來確定1米的長度。這樣的好處是1米長度不會因為米原器的誤差而發生變化,而且由於光速的定義值與此前測出的結果非常接近,這樣反過來用光速來定義1米的長度不會對與長度有關的參數造成什麼影響。

於是,真空中的光速被完全確定下來之後,就可以用它來定義一光年的長度。這樣就不會有不確定的因素,1光年嚴格等於9460730472580800米。但需要注意的是,計算光年時所用的一年時長為365.25天,這是儒略年。

有了光年這樣的長度單位,用於表示宇宙天體的距離就很方便,也很容易理解。不過,天文學中更常使用的長度單位是秒差距,這個單位來歷已久,比光年更早出現。

另外,從某種意義上來說,對於光子本身而言,以光速運動的它們無所謂時間和空間,無論1光年,還是更遠的距離,由於尺縮鐘慢效應,它們都是在一瞬間抵達。不過,物理學中並不承認光速參照系。


火星一號


最少需要一年

光年指光子在自由空間以及距離任何引力場或磁場無限遠的地方傳播一個儒略年的距離

也就是一光年的距離,光最少要花費一年的距離才可以走完。為什麼是最少呢?

這就和傳播路徑有關係了。光在自由空間中的速度接近每秒30萬公里,當光通過諸如水體、玻璃等材料時光速會出現降低。

瀰漫在宇宙空間中的星際物質會對光的前進起到阻礙作用

宇宙空間中看似空無一物,在大尺度上有很多星際塵埃,這些都會影響光的傳播進程,當光線傳播到這裡,會產生散射,改變方向,對於依然維持方向的光線,也是經過無數次的反射後再前進的,這無疑增加了光線的前進距離,如果將這些物質密度提高到非常大,比如這些塵埃變成了恆星,那阻礙作用就更明顯了,以太陽為例,從太陽核心處出發的光線,到達太陽表面需要近3萬年左右。

引力的影響

廣義相對論告訴我們,引力是時空彎曲的一種表現。大質量天體會產生極強的引力,比如黑洞,就會對光線產生非常強的彎曲效應,如果一束光沿事件視界切線方向射來,那麼這束光就會圍繞黑洞做圓周運動,直到能量耗盡。

磁場的影響

光具有波粒二象性,作為電磁波,也會受到磁場的影響,這就是——磁-光效應 。

磁-光效應包括法拉第效應、克爾磁光效應、塞曼效應和科頓-穆頓效應等。這些都體現出磁場會對光的運行施加影響。

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漫步的小豆子


這個提問問的好,很多人考慮問題都是想當然,沒幾個人會思考的再深入點,尤其是權威已給出定義的情況下。


光年定義為距離單位,意指光在宇宙一年所跑過的距離。但是用光年做為距離單位,是大錯特錯的。 因為距離是速度乘以時間,這裡有個隱含的必要假設,就是速度恆定。可惜光在宇宙中穿越到時候,速度是非常多變的,這就牽扯到時間場的原因。

宇宙是時空的組合,時間和空間是兩大要素,宇宙的大空間有一個總的時間,但是宇宙內部又有無數不同的相對單獨的時間,其作用於不同的宇宙範圍,這就是時間場。


不同層次,不同空間,不同範圍,甚至不同星球都有各自的時間,快慢差異非常的大。那麼光在層層宇宙範圍穿過的時候,它的速度是不停變化的,所以光年根本就是不確定的,更不能當作距離單位。

現在基礎物理和天文,從基礎就有很多是錯的,都是在拿地球的小范形成的認識,去套整個宇宙。各種觀念和說法,將來很多人們會明白是非常可笑的,恰如幼兒在異想天開。

真正從高層次解開宇宙和歷史的奧秘 a.,.,.tianji.,.,.cool


鐵血漫征程


這個問題挺有意思,僅從光年的定義本身並無歧義,就是光在真空中的速度乘以地球一年的時間所計算出的結果,而光本身走一光年需要多少時間並沒明確的概念,說白了,光不帶手錶,沒法計算或度量光所經歷的時長。

但是,我們可以通過一些有固定或相對固定衰減週期的粒子,比如某種介子,然後將其加速,加速到一定值時再測出其變化後的衰減週期,從而得出相對論的時間膨脹效應是否準確,如果準確,就可以反過來計算光在走過一光年所需的時間。

當然,如果準確,光在真空中溜達一年所消耗的時間為0,2光年也還是0,這也解釋了為啥數億光年外發出的光線我們還能看到的原因,即光本身並未消耗,所以不會消失。


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