03.05 假設有一顆恆星以光速離我們遠去,那它發出的光我們是不是永遠看不到?

深秋177421715


假設有一顆恆星以光速離我們遠去,那它發出的光我們是不是永遠看不到?

從某種意義上來理解的話確實是這樣,如果光源以足夠高的速度遠離,那麼我們將永遠都無法看到它發出的光線....因為這些光線的波長將被拉長至電磁波段,無論是哈勃還是TESS,或者未來的詹姆斯韋伯都無法從電磁波段來檢測到它們的存在......但FAST可以,綠岸射電望遠鏡也可以,未來的平方公里陣列更可以!

光速不會因為光源的移動發生改變,但它的波長會發生改變,如果速度足夠快那麼無論是靠近還是遠離,都將向波長的兩端移動,最終進入電磁波段!

可見光只是電磁波段中的一小段而已!

題主需要搞清楚一個概念是,光速遠離的恆星並非是恆星自身的原因,而是宇宙膨脹所導致的,這也是廣義相對論下所允許超光速物體遠離的唯一原因!

這也是不違反狹義相對論下進行光速旅行和超光速旅行的唯一方法,至少到現在為止是這樣,也是《星際迷航》和《三體》的曲速與曲率飛的理論基礎!如果你有興趣,不妨留言討論下!


星辰大海路上的種花家


看不看得到不在於恆星離開的速度,而在於它與我們的距離,是不是在視界之外。

恆星本身是不會以光速運動的,宇宙膨脹是時空的膨脹,不是物質的運動,因此不受光速限制。而恆星移動也就不會出現時間膨脹效應,這一點很重要!

愛因斯坦狹義相對論告訴我們,光速不變,光速極限。光度不變就是光速在真空中每秒約30萬公里,不管在什麼情況下都是不變的,不管是以光速相向而行,還是背道而馳,其速度都是每秒30萬公里;光速極限就是任何有靜止質量的物體,無論採取怎樣的方式和能量,都無法達到光速,更無法突破光速。

一個移動物體發出的光,不管這個移動物體速度多快,都不會跟著這個物體跑掉,只要這個光源沒有遮閉或者定向,依然會以光速向四周擴散。

但光速會發生密度改變,向我們靠近時會壓縮加大密度,因此產生光譜藍移;遠離我們時會疏散降低密度,因此發生光譜紅移。這就是光速的多普勒效應。利用這個效應,科學家就能知道遠方的星系是靠近我們還是離開我們,速度有多快。

所以我說,不管恆星以什麼樣的速度離開我們,只要它發光的位置在我們可以接收的距離和時段以內,我們就能夠看到這束光線。這就是所謂的視界。

比如100億光年距離發出的光,我們在100億年後就能接收到,儘管我們接受到這束光時光源早已經不在那裡了。通過光譜分析,我們會發現它是向我們靠近還是離去,離去或靠近的速度有多大。

但我們接收光速離開我們的恆星有一定的距離或者範圍要求,就是我們常說的視界。

科學界普遍認為,我們宇宙起源於138億年前的大爆炸,時空從那一刻開始,並一直在擴展膨脹。大爆炸開始時有一個暴漲期,這個暴漲期時空擴張是超過光速的;現在宇宙膨脹也在加速,2013年歐洲航天局運用普朗克衛星測得的哈伯常數為67.80±0.77(km/s)/Mpc,Mpc是百萬秒差距,1個秒差距約3.262光年,也就是約326萬光年遠的星系離開我們的速度約68公里每秒,越遠的星系離開的速度就越大。

宇宙有930億光年的可視直徑,時空膨脹是均勻膨脹,各星系相互遠離,簡單計算就可得出最遠的星系時空膨脹速度大大超過了光速。

這樣就有了兩個視界。一個就是大爆炸開始時的30多萬年之前,一個是現在最遠以超光速離開我們的星系。

大爆炸開始,一切都處於混沌狀態,物質的極端密集程度無法使光線發出,一直到30萬年後,才產生第一個中性原子,才發出第一縷光線。

因此,就產生了宇宙誕生後第一個視界,在這以前的事物人類目前還無法觀測;另一個就是遠方的星系正在以超光速遠離我們,這也會有一個視界,就是那個視界之外的星系之光永遠也到達不了我們這裡。

這兩個我們無法看到的視界以外的星光,其實完全與超光速運行沒有必然關係;兩個視界一個是光線沒有發出,無法探知;一個是遠方的星系距離我們太遠,其發出的星光雖然一直在向我們走來,但一直到宇宙毀滅也到達不了我們的視野。

所以,我們能不能看到恆星發出的光,與恆星離開我們的速度並無很大關聯,而是與宇宙建模和恆星距離有關。

這一點我們隨便就可以證明。比如手電筒發出的光,是以光速前行的吧。但無論你射向哪裡,我們都可以同時看到光柱。這說明手電光雖然是以光速遠離我們,但也以光速靠近我們,所以我們能夠看到它。

科學界的宇宙視界理論,正是基於宇宙大爆炸理論得出來的。宇宙大爆炸理論認為,宇宙起源於一個無限小的奇點,膨脹到今天肯定是有限的,只要基於這個理論,就沒有無限之說,因此不能由此推斷出無窮論。

宇宙無始無終無限大,是牛頓時代建立的絕對無限宇宙體系,那是一種靜態宇宙體系,宇宙恆定不變;愛因斯坦1916年廣義相對論發表後,基於大爆炸宇宙論建立起了有限無邊的四維宇宙模型,而且迄今為止,所有的觀測發現都支持這種模型。因此靜止無限的宇宙模型就被摒棄了,大爆炸宇宙論是目前科學界公認的標準宇宙模型。

結論:恆星由於空間膨脹超光速離開我們,只要不在視界以外,我們沒有理由不看到它們。

時空通訊觀點,歡迎點評討論。


時空通訊


答:如果真的以光速遠離我們,那麼我們將看不到恆星發出的光線;如果無限接近光速,那麼我們看到的恆星光線,會發生嚴重的紅移效應,直到我們的儀器無法探測。


光速不變原理,適用於任何參考系,所以無論恆星以多大的速度遠離我們或者我們遠離恆星,恆星發出來的光線都是以光速c運行。



相對遠離的物體,對方發出來的光線,到另一方接收光線,會發生紅移效應,表現為接收方看到的波長比發射方的波長更長,相對運動的速度越大,這種差別越明顯。


如果相對遠離的速度無限接近光速,那麼在理論上,發出的光對於接收方就會發生無限紅移,波長越長的光子能量越低,所以接收方探測到對方的光線會越來越弱,直到儀器也無法探測到。



從恆星的參考系來看,當恆星的遠離速度無限接近光速的時,恆星所在參考系的時間接近停止,時間流逝速度變慢,那麼恆星就相當於不再發出光線,那麼我們當然就看不到恆星了。



當然,這只是理論上的分析。


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艾伯史密斯


有質量的物質當然不能以光速運動,這也包括恆星。這是相對論限制了的。

根據宇宙大爆炸理論,我們的宇宙已經誕生了138億年,但我們觀測到的空間直徑有920億光年。這個事實告訴我們,宇宙空間的膨脹遠超光速。空間的膨脹速度超越光速是不違背相對論的。空間的膨脹會帶著處於空間中的星體遠離我們。



你可以想象一下,在一個氣球的表面,有幾個點。氣球膨脹的時候,彼此之間距離較近的點之間分開的速度與較遠的點之間分開的速度較慢。和氣球膨脹相似的是,離我們越遠的星體離開我們的速度就越快。

當恆星離我們住夠遠的時候,它離開我們的速度可以超過光速,這時,它發出的光就永遠也到達不了地球了。這就好比一輛時速100公里的汽車在一條以時速300公里變長的公路上行駛,它永遠也到達不了目的地。所以人類觀察到的宇宙會有一個邊界的,目前這個邊界的直徑是920億光年。

圖:目前我們觀測到的宇宙,以及地球在宇宙中的位置

從宇宙膨脹的速度來看,這個宇宙對於人類目前的科技水平來說,它是無邊無際的。但對於物理學來說,宇宙是有邊界的,這個邊界的直徑就是920億光年。因為物理學只研究我們能夠觀測到或者影響到的事物,超出這個範圍,它就不是物理學的研究對象了。


講科學堂


是的,假如恆星光速遠離,它發的光我們是看不到了。但不一定永遠看不到。

根據問題描述,題主想問的應該是關於宇宙膨脹的,而這正是恆星光速遠離的唯一方式。因為根據相對論,物體運動是不可能達到光速的,但是宇宙膨脹是時空自身的膨脹,不在此限。



而按照目前的觀測結果,得到一個哈勃常數,根據哈勃常數可以計算出當天體離我們多遠距離時,膨脹導致的天體遠離速度剛好達到光速。而這個數值剛好大致等於宇宙的年齡乘以光速。也就是大約在138億光年處,天體的退行速度就達到光速了,超出這個距離,天體就不可見了。



另一方面根據宇宙年齡和宇宙膨脹係數,我們能確定宇宙誕生後的一個可觀察宇宙的理論值範圍,超出這個範圍的天體我們是無法觀測到的。這個值現在被確定為半徑465億光年。它所代表的是:138億年前的天體發出的光剛好到達我們的時候,由於宇宙膨脹,該天體現在已經處在離我們465億光年處了。

這裡需要注意的是:這個現在理論上在可觀測宇宙邊緣的天體並不是離我們最遠的天體,因為更遠的天體在宇宙初期急劇膨脹中已經超光速遠離我們了,它發出的光子永遠到達不了地球,這就是題主問題描述中的問題的答案——在可觀察宇宙以外還有更多的天體,但宇宙不一定是無限的。宇宙有限還是無限不是按照這個思路來的,所以就不在這裡討論了•ᴗ•(其實是寫太長了_(:D)∠)_ )


星宇飄零2099


先指出達到光速是不可能的,除非這麼多年的物理探索都是錯的;

其次光線既然向地球發出了,說明它肯定會達到地球(中間不考慮其他的因素);

最後,由於存在相對運動,光線會發生紅移,一般只要波長大於760納米的光波,人眼就識別不了了,也就是不可見,只有靠儀器了。

原因:

①由於物體在高速運動時,相對論效應不能忽視,所以高速狀態下的質量會變大,並且隨著不斷逼近光速,質量會上升到無窮大,而進一步的加速已經不可能實現了,因為沒有這麼多的能量提供。

②光速是恆定的,在任何觀察者眼中,大約每秒30萬公里的數值是不會變的,也就是說,恆星某個時刻發出的光,都會獨立的向遠處傳播。因此是可以傳播到地球的。

③參考電磁波的多普勒效應,由於恆星在以無限接近光速的速度遠離我們,因此我們接收到的將是無限紅移的光波(也就是光頻率無限變小)

見上圖公式,fb是我們接收到的頻率,fa是恆星剛發出時的頻率,v是遠離速度。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


可以這樣假設:地球出軌了,光速遠離太陽。

那麼,太陽發出的光,與地球遠離的速度是一樣的,光的波粒二象性,無論哪一種象性都是無法追上地球,光波或者光粒子無法打到地球上產生漫反射,我們無法看到光,我們會認為太光源丟失了,或者太陽變成了黑洞。


所以,除了兩星體擦肩而過的一瞬間,我們永遠也看不到它。


快樂剪影


可以看得到。因為它發出約光是向我們奔來。只員桓星向著我們離去。這就是兩個反方向而走的不同方向的路程而已。這與桓差的離開速度無關。


地心夢


先講明光與恆星是兩個事物,恆星以光速遠離,光不會穩定在出發的空間,初始點的光會始終向前,後續光補充前面的光,恆星以光速遠離,只是產生距離。光會隨時間而被發現,僅僅是光虹化了


鐵冠真君


當然不會看不到,只需要時間而已。比如星球遠離地球一光年的時候發出的光,那麼等一年之後就會到達地球,只不過隨著時間的推移,到達地球的時間也越來越長!


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