我們每天都享受著太陽光的沐浴,如此再普通不過的事情每天上演著,以至於我們總是會認為太陽光照射地球是理所當然,很少人會去質疑:太陽光為何能一直“熊熊燃燒”?
由於太陽如此重要,科學家們當然不會放過對它的探索研究。長期以來,科學家一直認為太陽是靠化學反應能源發出的光照射的地球的,也就是我們通常所說的燃燒發光。
但根據相關計算,如果太陽的燃燒是化學反應,根本不可能持續“燃燒”數十億年,幾千年就燃燒殆盡了。
直到上世紀,人類科學取得突飛猛進的發展進步之後,科學家終於揭開了太陽持續燃燒數十億年的奧秘:核聚變。
太陽一直用核能發光發熱,照耀地球。
簡單說,在太陽核心,溫度和壓強都非常高,在高溫高壓下,四個氫原子核發生鉅變,融合生成一個氦4。在這個過程中,會損失7%的質量,根據愛因斯坦質能方程,損失的質量其實轉化成了能量。
不過太陽核聚變只發生在核心區域,而太陽的半徑70萬千米,這意味著核心發生核聚變產生的光(能量)比如穿過70萬千米的厚度來到太陽表面,然後穿越1.5億公里太陽與地球之間的距離,照射到地球表面。
有人可能會說:70萬千米對於光來說不是小意思嗎?光速每秒30萬千米,兩秒多的時間就可以到達太陽表面了。
其實真實過程遠不是那樣的,太陽核心產生的光要想到達太陽表面,必須經過無數次碰撞,經歷“九九八十一難”才能到到太陽表面,這個過程非常漫長,甚至漫長到十萬年之久。
為何會這樣?
太陽的核心不是液態,固態,也不是氣態,而是等離子態,就像一鍋“粥”一樣,粒子到處亂竄。核心產生的光子不可能繞過到處亂竄的粒子。在光子飛向太陽表面的過程中,會經歷無數次被吸收,釋放,再次被吸收,再釋放的迴圈過程。
具體來講,這個過程其實就是電子不斷髮生躍遷的過程。最開始的光子被一個電子吸收,電子從基態躍遷到激發態。不過電子總是會傾向於重新回到基態,因為基態相對是最穩定的,於是電子又會釋放出光子重新回到基態,這個過程幾乎是瞬間完成的。
以上的過程幾乎是瞬間完成的。然後光子會在下一個電子那裡經歷相同的事情,一直重複著.....
最後歷經“千辛萬苦”終於到達體驗表面,徹底“解放”,8分鐘之後(實際8分鐘多點)到達地球。
而僅僅從太陽核心達到太陽表面就需要上萬年時間!
不過整個過程都是以人類的視角來定義的,如果光子也有意識,在光子眼裡需要多長時間到達地球呢?
答案是:不需要時間,或者你也可以理解為一瞬間。
光子向來都是很特殊的存在。根據愛因斯坦狹義相對論,光速飛行時間靜止。如果在光子上有一個時鐘的話,我們會看到光子的時間是完全靜止的。從下面的碰撞實驗也可以直觀地看出來。
圖中也就是我們常說的光子鍾,由於光速不變原理,靜止的光子鍾與高速運動的光子鍾經歷的時間有很大不同。運動的光子鍾會經歷一段較長的路程,因此時間會變慢,如果達到光速,時間將完全靜止。
通俗地講,光子達到光速,已經沒有時間這種概念了,不要說太陽和地球之間1.5億公里的距離了,就算是任何再遙遠的距離,光子都是瞬間到達。不僅僅是時間,距離也不存在了,對於人類來講再遙遠的距離在光子眼裡都是近在咫尺,或者說都是零!
由此也可以得出一個殘酷的事實:如果光子有生命,它的壽命就是一瞬間,可以認為“沒有壽命”,因為對於光子來說,沒有所謂的時間,從誕生到死亡一瞬間就完成了。
但作為人類來看當然會完全不一樣,所以不要強迫自己用我們的慣性思維衡量光子的行為。
說個題外話,光子生下來就以光速飛行,而有靜質量的物體無法達到光速。但人類可以亞光速飛行。假設你乘坐一艘飛船可以一瞬間達到亞光速,然後飛離地球,前往4.3光年外的比鄰星。在這個瞬間你會發現比鄰星距離你不再是4.3光年,這個距離會變短,或許只有1光年甚至更短,這取決於飛船到底有多接近光速!
這就是愛因斯坦相對論中的“尺縮效應”,當然也是時間膨脹(鐘慢效應)的另一種表現形式。