光的傳播需要時間,我們看到的都是過去式。
地球與太陽相距1.5億公里,光每秒能在真空中傳播30萬千米,則太陽光從太陽表面到達(dá)地球大約需要8分20秒,因此我們從地球上看到的太陽是8分鐘之前的太陽。
那么為什么有觀點(diǎn)認(rèn)為太陽光是上萬年前發(fā)出的?
世界上任何溫度在絕對零度(零下273.15℃)之上的物質(zhì)都能夠發(fā)出紅外光(紅外光是一種比可見光頻率低的電磁波,肉眼不可見)。太陽之所以能夠發(fā)出可見光,是因為太陽內(nèi)部在進(jìn)行著核反應(yīng),核反應(yīng)產(chǎn)生的光和熱加熱了整顆太陽,太陽上的物質(zhì)被加熱到上萬度的高溫,然后才向外輻射太陽光。核心處產(chǎn)生的光除了能夠加熱整顆太陽,還需要抵抗來自太陽外殼物質(zhì)的重力,這也是太陽能長期保持平衡的原因之一。
上圖為太陽內(nèi)部正在進(jìn)行的核反應(yīng)過程。
太陽依靠核聚變反應(yīng)發(fā)光發(fā)熱 ,而核聚變反應(yīng)主要位于太陽中心地帶,那里的溫度高達(dá)1500萬℃,壓強(qiáng)是地球大氣壓的3000億倍,太陽光就產(chǎn)自那兒。為了產(chǎn)生這些光,太陽每秒鐘要損失大約400多萬噸的物質(zhì),不過這對太陽來說連九牛一毛都算不上。太陽半徑大約為70萬千米,理論上來說,光子以光速到達(dá)太陽表面僅需要兩秒多時間。然而事情并沒有這么簡單。
太陽主要由氫和氦等元素構(gòu)成,物質(zhì)都是處于等離子狀態(tài),這些光要想到達(dá)太陽表面,就必須穿越重重障礙。當(dāng)光子穿過這些等離子體時,會與質(zhì)子、電子等發(fā)生碰撞,不斷經(jīng)歷吸收再發(fā)射的過程,并且整個過程中的運(yùn)動方向是隨機(jī)的,光子也并不會和所有的粒子都發(fā)生碰撞。
經(jīng)過復(fù)雜的計算,發(fā)現(xiàn)光誕生后到達(dá)太陽表面至少要經(jīng)歷上萬年的時間,有的甚至要幾十上百萬年時間,然后才能從太陽表面到達(dá)地球。這就是上萬年那個說法的來歷。
上圖揭示了光在太陽內(nèi)部的大致傳播過程。
然而上述觀點(diǎn)中,從太陽中心區(qū)域到達(dá)太陽表面,整個路程被認(rèn)為是同一個人硬著頭皮走完的,其實并不是。
核聚變反應(yīng)過程中釋放的光是伽瑪射線,也就是頻率極高的電磁波,這種光對人體有害,人眼也看不到。光在傳播過程中,不斷經(jīng)歷吸收再輻射的過程,光的能量和頻率不斷衰減,最終才形成了X光、紫外光、可見光等光線。
如下圖所示,從左到右,光的頻率不斷衰減。
一個光子從誕生到吸收,整個生命過程就終結(jié)了。光被太陽內(nèi)部的物質(zhì)吸收后,受激回落,又會向外發(fā)射出頻率和能量更低的電磁波,新的光子又誕生了。光在太陽內(nèi)部的傳播,就是不斷重復(fù)這樣一個過程,經(jīng)歷千難萬阻最終才到達(dá)太陽表面。而光子直接從太陽中心到達(dá)太陽表面的可能性為0。
簡單來說,太陽核反應(yīng)區(qū)誕生的光并不能直接到達(dá)太陽表面,需要經(jīng)歷無數(shù)次死亡及重生。你現(xiàn)在看到的那個他,早已不是原來那個他,到達(dá)太陽表面的光早已不是最初的那個光。
并且,基本粒子具有全同性,光子之間是無法區(qū)分的。此外,我們既無法確定光子的壽命,更沒有辦法分辨那個光子誕生的時間更早一些。
太陽主體從內(nèi)到外的結(jié)構(gòu)可分為:核心區(qū)、輻射區(qū)和對流區(qū),其中,核心區(qū)就是太陽內(nèi)部產(chǎn)生能量的地方,占太陽半徑不到1/4。太陽表面還可分為光球?qū)?、色球?qū)雍腿彰釋?,我們接收到的太陽光基本上就是由光球?qū)影l(fā)出的,太陽的光譜實際上就是光球?qū)拥墓庾V,太陽表面的溫度(大約5500攝氏度)也是指光球?qū)拥臏囟取H搜劭吹降目梢姽?,也是從這個地方發(fā)射出來的。
上圖為太陽的主要結(jié)構(gòu)示意圖。
對于人類來說,我們看到的太陽光就是從太陽表面發(fā)射出來的,因此我們看到的太陽光就是8分鐘之前的。對于一個光源,我們看到的它的樣子,就是光從光源表面到達(dá)人眼之前的樣子。如果從能量傳遞角度來看,那么我們可以認(rèn)為,太陽核心區(qū)在此前的某一時刻產(chǎn)生的能量完全傳遞到太陽表面,大約需要上萬年的時間。