导读 步行一光年要多久?光年与光速的关系。首先我们要知道光年的概念是什么。光年就是光走一年的尺度,因此光年不是时间概念,而是距离单位,是

步行一光年要多久?

光年与光速的关系。

首先我们要知道光年的概念是什么。光年就是光走一年的尺度,因此光年不是时间概念,而是距离单位,是根据光速得出的一个距离单位。

光速是什么呢?就是光在真空中的速度。现代科学已经证明,光是我们世界最快的物质传输速度,而且在任意惯性参考系里,光速都是不变的,且不受观测者运动状态影响。现在科学已经能够精密的测定光速,真空光速标准值为299792458m/s(米/秒),一般不需要很精准情况下,光速取值为每秒钟30万km(千米)。

常有人质疑,为什么光速会是这么准确的是一个整数呢?是不是人为做出来的?恭喜你答对了,光速成为一个正整数,还真是有人为的因素在里面,那就是计量长度的单位m(米)被人们调整到与光速一致了。

原来光速测量出来有很多小数点的,无法精确定量。

这是因为过去“m”的尺度是以实物为标准的,即便用最难以变形的合金制作出来的“国际米原器”,将其保存在恒温恒湿中,久了也会发生微小的变形。后来人们发现原子谱线具有非常好的清晰度和复现性,最开始采用自然镉(Cd)的红色谱线,在15摄氏度时,其波长y=6438.4696×10^-10m,于是确定了1m=1553164.13y (Cd)。这是人类首次用非实物标准定义“米”。

但这种方式还是会有很多小数点,如实际上计算出来的1m=1.0000000034815448米。后来又用氪(Kr)橙线代替镉红线,比镉更稳定精密了,但误差依然会在4x10^-9以下,相当于1米正负误差在4nm(纳米)以下。

最终,“米”的尺度与光速结合起来,相互成为完美的标准。

上世纪七十年代,科学界精确测量出了真空光速,基于光的极限稳定性,在1983年国际度量衡大会决定用真空光速重新定“米”的定义,把光在真空中行进1/299792458秒的距离定义为1米(m)。这样米的尺度和光的速度就成为相互印证相互定义的一个标准,从此,光速就再也不需要小数了,而米也有了永远不变的尺度定义。

既然光已经有了准确的速度值,那么光年就是光在真空中运行1年的长度。因为地球1年有多种算法,有恒星年和回归年等纪年法,各种纪念法每年时间都有细微差别,天数后面都有时分秒很多小数点,因此光年计算采用的是儒略年。

儒略年是科学界专用于空间尺度单位的时间计量单位,1年确定为365.25天,这样就固定了光年是一个不变的整数。1天24小时,每小时3600秒,1个儒略年就是315567600秒,每秒光速值为299792458米,1光年尺度就是94604786496160800米,约等于9.46万亿千米。

现在我们来算算一个人走一光年要走多久。

实际上一个人一天能走多长距离,要看是什么人,怎么走,走多久。这里面就有老弱妇幼的问题,老人或小孩,身体好与不好,男人和女人,每天走多少时间,决定一天能走多少路,不同的人,不同的走法,区别是很大的。

在2008年北京奥运会上,意大利选手施瓦策以3小时37分09秒的成绩,创造了奥运会50km竞走新的世界纪录,并夺得冠军。这可以算是世界上长距离走得最快的人了吧?但我相信这位运动员完成比赛后,已经累得要趴下了。现在我们打破不准服用兴奋剂的规定,让他服用兴奋剂后继续走,除了吃饭睡觉,每天走150公里,这大概是人类每天走路的极限了吧?

那么走1光年需要走多久呢?

如果这位奥运冠军每天除了吃饭睡觉,从来也没有法定假也不得请假,走完一光年9.46万亿千米,需要走63066666667天,也就是1.73亿年。但这种走法实际上是人类不可能做到的,如果按照一般身强力壮的年轻人,每天走五六十千米就已经很了不起了,按每天走这位奥运冠军一半路程来计算,走完一光年至少需要3.4亿多年。

如果全世界70亿人口,不管男女老幼都去走,一光年接力赛,每人要走1350多千米。

光年尺度是星际空间大尺度概念,在太阳系内一般采用天文单位(AU),即以地球到太阳平均距离为1天文单位,约1.5亿千米。光年尺度要出了太阳系,恒星际才使用。在地球人类日常生活中,主要使用的是米、千米,光年完全不适合使用。

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地球上最常用到的距离单位是米和千米,太阳系内最常用的距离是天文单位,一个天文单位是1.5亿千米,刚好是从地球到太阳的距离

当我们离开太阳系后最常用到的距离单位就变成了光年,尽管光年之上还有秒差距、百秒差距、千秒差距和百万秒差距等表示更长距离的单位(一个秒差距是3.26光年,一个百万秒差距就是326万光年),由于大部分科普作品里最常用到的距离单位还是光年,因此大部分人熟知的天文学单位也是光年。

“光年”从字面上理解就是“光在真空中飞行一年的距离”,由于光速是每秒三十万公里而一年又有31622400秒,因此一光年的长度就是“30万公里×31622400秒”=94605亿公里,一般记作9.46万亿公里。

大部分人的步幅都在1米左右,少部分人可以达到1.5米,每小时可以行走4到5公里甚至6公里,这样一来步行9.46万亿公里就只需要2.7亿年左右。如果有人能一直保持博尔特百米速度奔跑的话,只需要6500万年左右他就能跑完一光年,也就是说他从恐龙灭绝时开始跑到现在才跑够。

综合以上数据我们可以看出,用双脚丈量大地明显就是人类的极限了1977年发射的旅行者一号以16.9km/s的速度飞到今天也不过才飞了211亿公里,换算一下也就是20光时左右,距离飞满一光年还有差不多364光天。

长远来看唯一能让人类在“可以接受的时间内”飞过1光年的办法只有可控核聚变引擎,三体中的可控核聚变引擎可以把飞船的速度加速到光速的20%,这样一来只需要5年就能跨越一光年距离,不过理论上最好用的“宇宙机动”方式还是虫洞,如果未来人类能掌握虫洞生成技术的话,一眨眼横穿银河系。

虽然宇宙航行的未来很美好,但我们也需要知道笨重低效的化学动力火箭还将“统治”想当一段时间


在生活中,如果距离较远,我们使用的长度单位通常是公里。但在天文学上,使用公里作为长度单位非常不便,因为宇宙中的天体相隔非常遥远,所以我们需要更大的长度单位来表示天体距离。

在太阳系中,可以用地球和太阳的平均距离作为长度单位——天文单位,1天文单位将近1.5亿公里。但如果要表示太阳系外天体的距离,天文单位也是完全不够用的,我们通常需要用到光年。那么,1光年会有多长呢?如果以人的步行速度,走1光年需要多久呢?

基于现有的理论,光速被认为是宇宙中最快的局域速度,而且光速还相对于任何参照系都保持一致。于是,用光速来定义光年再合适不过。根据定义,光在真空中前进1年的距离为1光年,即1年的时间乘以光速,大约为9.46万亿公里。

一般而言,人的平均步行速度为1.1米/秒,也就是4公里/小时。因此,步行1光年所需的时间为2.4万亿小时,大约2.7亿年。如果改用跑步,跑完1光年所需的时间大约为7000万年。当然,这只是理想上的情况,实际不可能做到。

1光年对于我们而言已经是遥不可及了,即便是飞行速度能够达到61200‬公里/小时的旅行者1号,飞行1光年的距离需要大约1.76万年的时间。但在宇宙尺度上,1光年近在咫尺,这个距离可能才刚刚出了太阳系。

太阳系之外是辽阔的星际空间,恒星之间的平均距离可达数光年,离太阳最近的恒星在4.2光年之外。而银河系之外是更加广袤的星系际空间,星系之间的距离动辄几十万光年。

那么,宇宙的浩瀚空间会阻止我们进行星际旅行吗?

至少目前来看是这样的。虽然我们已经可以把探测器送出太阳系,其飞行速度远快于步行速度,但这与人类想要的星际飞行相去甚远。不过,基于现有的理论,宇宙的浩瀚空间挡不住我们的星辰大海征途,我们不可能永远被束缚在太阳系中。

根据爱因斯坦的狭义相对论,接近光速飞行的太空飞船会出现尺缩钟慢的现象。另一方面,广义相对论表明,虫洞可以连接宇宙中两个遥远的地方。再结合人体冷冻技术,未来人类很有可能会实现星际穿越。理论都已经有了,接下来就等实践了。