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Q1:太阳发出的光达到地球约8分钟,但按照狭义相对论太阳的光应该瞬息到达,哪个正确?
恰恰相反,狭义相对论明确要求,光速不变,或者说得更严谨一点,在惯性系中真空光速不变,即大约每秒30万公里。所以,首先光速有个上限,其次它还不受速度合成公式影响,比如,一个以0.5光速运动的物体上,发出一道光,这道光不论是顺着物体运动方向发射还是逆着运动方向发射,这道光的光速不变。
也正是狭义相对论做出了这样的假设,才导致自此之后超光速才成了一个有趣的问题。如果超光速是真实存在的,那么狭义相对论就肯定错了。
只不过,人们反复琢磨的各种超光速,最终都发现它们要么是虚假的,比如用激光笔对着月球晃,月球上的光斑移动速度超光速,或者理论上非常幽灵的量子纠缠,它具有超时超距特性,理论上将一对纠缠的粒子放在宇宙两端,只要改变其中任何一个粒子的状态,另一个粒子会同步变化。这种理论推演,最初让爱因斯坦都难以接受,他认为这算是某种超光速。但后来人们发现,这不算超光速,因为在这个过程中,并没有发生任何有效的信息传递。
光是信息的使者,它不仅仅是照耀大地撕裂黑暗带来温暖的阳光,光在整个宇宙中代表着信息的传递者,而由于这个使者的速度有限制,不是无限的,因此牛顿的绝对时空观也就失效了,只有在光到达之处,事物之间才能建立起因果联系。
所以,当光需要八分钟才能到达地球,不仅代表着这段距离的漫长,还表示着这样一件事,假如在你看到这个答案的“同时”太阳突然消失,那么这件事的影响也需要八分钟的时间的来传递,即地球会继续在原来围绕太阳的轨道上运转八分钟,然后才会按切线飞出。
我必须指出,日食的时候,太阳并没有消失,它只是被月球挡住了光路而已^_^
Q2:太阳光照射到地球,大约需要多长时间?
太阳光从太阳表面走到地球,大概需要8分钟。
当然,太阳光从太阳内部走到太阳表面,却走了几万年。
真空中的光的速度是固定的,大概就是每秒30万公里。这是宇宙中最快的速度了,没有任何实物粒子的速度会比这个速度更快。
地球到太阳的距离是 149597870公里。
有了距离与速度,你把距离除以速度就可以算出太阳光从太阳跑到地球需要几秒,然后你还需要知道60秒等于1分钟,就可以得到我前面说的8分钟是怎么来的了。
地球到太阳的距离是刚刚好,才能适合我们人类这样的蛋白质结构的生物体才地球上存在,如果距离远一些,我们人类会冻死,距离近一些,我们人类会热死。因此,从这个意义上来说,日地之间的距离是被精确调节过的。而光速是不可调节的,它在时空中是一个最基础的不变量,决定了我们这个时空的因果结构。太阳光到地球要走8分钟,因此,一旦太阳突然被外星人偷走,我们地球也要在8分钟后才能知道。
当然,还有一点要强调的,我们在这里没有考虑时空的弯曲,只是简单地从距离除以光速得到时间。在更精确的解答中,我们需要考虑太阳的引力场对空间的弯曲,整个计算过程需要用到所谓的史瓦西度量——那个计算会给出更精确的结果,但算出来肯定还是与8分钟差别不是太大,毕竟太阳的引力场算是很弱的,时空的弯曲并不明显,因此对8分钟的修正不太大。
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Q4:从太阳发出的光到达地球所需的时间是500秒,则太阳到地球的距离为多少
太阳与地球之间的距离S=Vt=3×108m/s×500s=1.5×1011m=1.5×108km.
答:太阳与地球之间的距离大约有1.5×108km.