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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?
发布日期:2021-09-08 18:03    点击次数:153

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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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1.6 x 10^(-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。

至此我们就知道了两条信息:1、太阳发出的光永远无法到达距离我们144亿光年之外的天体;2、至少在距离太阳322亿光年的位置上还有其它的星系(我们地球与太阳的距离在此可以忽略不计)。

根据这两条信息我们就可以得出,就算宇宙是有尽头的(其实我们并不知道宇宙有没有尽头),并且光还可以在宇宙中无限传播,太阳发出的光也会因为宇宙的膨胀而永远无法到达宇宙的尽头。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`