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太陽發(fā)出的光,到底能傳播多遠(yuǎn)?能不能到達(dá)宇宙的盡頭?

 魅力科學(xué)君 2021-09-02

太陽發(fā)出的光只有極少數(shù)能夠被太陽系中的各種天體接收(比如說地球從太陽接收到的能量僅僅只有太陽總輻射量的大約22億分之1),而更多的太陽光則是飛向了宇宙深空。

那么問題就來了,這些光可以在宇宙中無限傳播嗎?如果可以的話,它們能不能到達(dá)宇宙的盡頭呢?下面我們就來討論一下。

太陽發(fā)出的光,到底能傳播多遠(yuǎn)?

光同時具有“波”和“粒子”的雙重性質(zhì)(波粒二象性),從“波”的角度來看,光其實(shí)就是一種電磁波,根據(jù)麥克斯韋電磁場方程組,電磁波其實(shí)就是磁場和電場在空間中的交替變化(即變化的磁場會在空間中產(chǎn)生電場,而變化的電場又會在空間中產(chǎn)生磁場),其傳播不需要額外的能量,也不需要介質(zhì),因此可以說,電磁波在空間中是可以無限傳播的。

從“粒子”的角度來看,“光子”是光的最小單位,一束光其實(shí)就可以看成是一大堆的“光子”,由于“光子”是一種半衰期無限長的基本粒子,因此它們就可以在空間中無限傳播。

據(jù)此我們可以得出,在沒有遇到其它物質(zhì)阻礙的情況下,太陽發(fā)出的光是可以在宇宙中無限傳播的,但問題是,太陽光在傳播過程中,到底有多大的概率會遇到阻礙呢?

在過去的日子里,科學(xué)家已經(jīng)根據(jù)觀測到和數(shù)據(jù)計(jì)算出,宇宙物質(zhì)的平均密度大概就是每立方米6個質(zhì)子,這是什么概念呢?

質(zhì)子的直徑大約為1.6 x 10^(-15)米,放大10萬億倍后,其直徑約為1.6厘米,就與常見的玻璃彈珠差不多大了,我們簡單換算一下就可以得出,假設(shè)我們將質(zhì)子放大到常見的玻璃彈珠那么大,那么同比例增大后的宇宙物質(zhì)平均密度就是,每100萬億億億立方公里(10^30立方公里)的空間,存在著6個直徑為1.6厘米的玻璃彈珠。

可以想象的是,太陽發(fā)出的光在物質(zhì)密度如此稀疏的宇宙空間中傳播,就算不能無限傳播下去,也差不了多少了。

所以我們可以認(rèn)為,太陽發(fā)出的光,除了極少數(shù)被吸收了之外,其它的絕大多數(shù)都可以在宇宙中傳播很長很長的時間,由于太陽誕生于大約46億年前,因此太陽最早發(fā)出的光已經(jīng)傳播到46億光年之外,而隨著時間的流逝,它們將在未來傳播到更遠(yuǎn)的地方去。

既然如此,那太陽發(fā)出的光,能不能到達(dá)宇宙的盡頭呢?

很遺憾,答案是否定的,原因就是科學(xué)家早已觀測到,我們所處的宇宙一直在膨脹。

想象一下,假設(shè)在一個不斷膨脹的氣球表面有兩個點(diǎn),那么這兩個點(diǎn)之間的距離就會因?yàn)闅馇虻呐蛎浂粩嗟卦黾樱瑥亩斐蛇@兩個點(diǎn)相互遠(yuǎn)離,而隨著距離的不斷增加,這兩個點(diǎn)相互遠(yuǎn)離的速度就會越來越快。

宇宙的膨脹也與之類似,觀測數(shù)據(jù)顯示,宇宙中兩個點(diǎn)的距離每增加1百萬秒差距離(約為326萬光年),它們因?yàn)橛钪媾蛎浂ハ噙h(yuǎn)離的速度就會增加大約68公里/秒,根據(jù)這個數(shù)據(jù)我們就可以計(jì)算出,當(dāng)宇宙中兩個點(diǎn)之間的距離為大約144億光年的時候,它們互相遠(yuǎn)離的速度就達(dá)到了光速。

這就意味著,假如現(xiàn)在就有一顆恒星剛好位于距離太陽144億光年的位置上,那么它向太陽發(fā)出的光將在以光速向太陽前進(jìn)的同時,又因?yàn)橛钪娴呐蛎浂怨馑龠h(yuǎn)離太陽,兩種速度相互抵消之后就為零(相對于太陽),在這種情況下,這顆恒星發(fā)出的光就永遠(yuǎn)無法到達(dá)太陽。

反過來講,太陽發(fā)出的光也會因?yàn)橥瑯拥脑蚨肋h(yuǎn)無法到達(dá)這顆恒星。

上圖標(biāo)示的這個暗淡的星系是“已知最遠(yuǎn)星系”的候選者之一,它被稱為“MACS0647-JD”,與地球的距離約為133億光年,由于光速的限制,它發(fā)出的光經(jīng)歷了漫長的時間才會到達(dá)地球,進(jìn)而被我們觀測到,也就是說,我們看到的其實(shí)是這個星系很久很久之前的樣子。

根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算,在宇宙膨脹的推動下,現(xiàn)在“MACS0647-JD”星系與我們的實(shí)際距離大約為322億光年。

至此我們就知道了兩條信息:1、太陽發(fā)出的光永遠(yuǎn)無法到達(dá)距離我們144億光年之外的天體;2、至少在距離太陽322億光年的位置上還有其它的星系(我們地球與太陽的距離在此可以忽略不計(jì))。

根據(jù)這兩條信息我們就可以得出,就算宇宙是有盡頭的(其實(shí)我們并不知道宇宙有沒有盡頭),并且光還可以在宇宙中無限傳播,太陽發(fā)出的光也會因?yàn)橛钪娴呐蛎浂肋h(yuǎn)無法到達(dá)宇宙的盡頭。

好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關(guān)注我們,我們下次再見。

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