太阳发出的光,到底能传播多远?能不能到达宇宙的尽头?
太阳发出的光只有极少数能够被太阳系中的各种天体接收(比如说地球从太阳接收到的能量仅仅只有太阳总辐射量的大约22亿分之1) , 而更多的太阳光则是飞向了宇宙深空 。
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那么问题就来了 , 这些光可以在宇宙中无限传播吗?如果可以的话 , 它们能不能到达宇宙的尽头呢?下面我们就来讨论一下 。
太阳发出的光 , 到底能传播多远?
光同时具有“波”和“粒子”的双重性质(波粒二象性) , 从“波”的角度来看 , 光其实就是一种电磁波 , 根据麦克斯韦电磁场方程组 , 电磁波其实就是磁场和电场在空间中的交替变化(即变化的磁场会在空间中产生电场 , 而变化的电场又会在空间中产生磁场) , 其传播不需要额外的能量 , 也不需要介质 , 因此可以说 , 电磁波在空间中是可以无限传播的 。
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从“粒子”的角度来看 , “光子”是光的最小单位 , 一束光其实就可以看成是一大堆的“光子” , 由于“光子”是一种半衰期无限长的基本粒子 , 因此它们就可以在空间中无限传播 。
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【太阳发出的光,到底能传播多远?能不能到达宇宙的尽头?】据此我们可以得出 , 在没有遇到其它物质阻碍的情况下 , 太阳发出的光是可以在宇宙中无限传播的 , 但问题是 , 太阳光在传播过程中 , 到底有多大的概率会遇到阻碍呢?
在过去的日子里 , 科学家已经根据观测到和数据计算出 , 宇宙物质的平均密度大概就是每立方米6个质子 , 这是什么概念呢?
质子的直径大约为1.6x10^(-15)米 , 放大10万亿倍后 , 其直径约为1.6厘米 , 就与常见的玻璃弹珠差不多大了 , 我们简单换算一下就可以得出 , 假设我们将质子放大到常见的玻璃弹珠那么大 , 那么同比例增大后的宇宙物质平均密度就是 , 每100万亿亿亿立方公里(10^30立方公里)的空间 , 存在着6个直径为1.6厘米的玻璃弹珠 。
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可以想象的是 , 太阳发出的光在物质密度如此稀疏的宇宙空间中传播 , 就算不能无限传播下去 , 也差不了多少了 。
所以我们可以认为 , 太阳发出的光 , 除了极少数被吸收了之外 , 其它的绝大多数都可以在宇宙中传播很长很长的时间 , 由于太阳诞生于大约46亿年前 , 因此太阳最早发出的光已经传播到46亿光年之外 , 而随着时间的流逝 , 它们将在未来传播到更远的地方去 。
既然如此 , 那太阳发出的光 , 能不能到达宇宙的尽头呢?
很遗憾 , 答案是否定的 , 原因就是科学家早已观测到 , 我们所处的宇宙一直在膨胀 。
想象一下 , 假设在一个不断膨胀的气球表面有两个点 , 那么这两个点之间的距离就会因为气球的膨胀而不断地增加 , 从而造成这两个点相互远离 , 而随着距离的不断增加 , 这两个点相互远离的速度就会越来越快 。
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宇宙的膨胀也与之类似 , 观测数据显示 , 宇宙中两个点的距离每增加1百万秒差距离(约为326万光年) , 它们因为宇宙膨胀而互相远离的速度就会增加大约68公里/秒 , 根据这个数据我们就可以计算出 , 当宇宙中两个点之间的距离为大约144亿光年的时候 , 它们互相远离的速度就达到了光速 。
这就意味着 , 假如现在就有一颗恒星刚好位于距离太阳144亿光年的位置上 , 那么它向太阳发出的光将在以光速向太阳前进的同时 , 又因为宇宙的膨胀而以光速远离太阳 , 两种速度相互抵消之后就为零(相对于太阳) , 在这种情况下 , 这颗恒星发出的光就永远无法到达太阳 。
反过来讲 , 太阳发出的光也会因为同样的原因而永远无法到达这颗恒星 。
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上图标示的这个暗淡的星系是“已知最远星系”的候选者之一 , 它被称为“MACS0647-JD” , 与地球的距离约为133亿光年 , 由于光速的限制 , 它发出的光经历了漫长的时间才会到达地球 , 进而被我们观测到 , 也就是说 , 我们看到的其实是这个星系很久很久之前的样子 。
根据科学家的计算 , 在宇宙膨胀的推动下 , 现在“MACS0647-JD”星系与我们的实际距离大约为322亿光年 。
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