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太阳光到地球需8分钟，那在光子看来它花了多长时间？
我为什么要重复这个问题呢？原因是，这个问题包含两个方面！首先我们看到的光子真的全部来自约8分钟前的太阳光吗？最后一个问题就是在光子看来它离开太阳表面后，达到地球需要多长时间？
我们经常会看到有人说：太阳光达到地球需要约8分钟的时间，但还经常会看到有人说：太阳光子达到地球需要至少十万年的时间？这是怎么回事呢？下面就分析下这个问题。
有关于太阳是如何发光发热的，这个问题我们人类讨论了几千年，但直到上世纪人们才搞清楚到底是怎么回事。之前我们一直的猜测是，太阳通过化学反应燃烧燃料来为自己提供能量的，但是这样的猜想不足以解释太阳和地球的年龄，而且单位时间内释放的能量也有限，因为按照太阳的体积来说，如果仅仅是化学反应的话，不足以维持太阳燃烧1万年。
在这之后，开尔文勋爵提出了凯尔文-亥姆霍兹机制，他认为太阳的能量来源来自于引力势能的释放，但是引力势能也不足以解释地球上生物进化的时间，太阳总不能比地球上生物的年龄还小吧，说明这个机制并不是太阳能量的来源。但是凯尔文-亥姆霍兹机制解释了白矮星能量的来源，例如上图中的天狼星B，亮度只有太阳的百万分之一。
上世纪，我们的物理学不仅在宏观宇宙中取得了长足的发展，而且我们人类的视野也走进了微观世界，通过对原子核的发现与研究，我们知道了宇宙中另外一种释放能量方式：核能！通过向轻原子核添加质子或者中子，就能释放出大量的能量。通过将核能应用在太阳发光发热的机制上，不仅解释了太阳如何在单位时间能能释放出如此巨大的能量，而且也解释了太阳释放能量的时间尺度。
现在我们知道太阳每时每刻都将四个氢原子核，也就是质子融合成一个氦4，但是融合成的氦4的质量却比四个质子质量轻了7%，那么损失的质量就通过E=mc^2转化为了能量，不过太阳的核聚变只发生在其核心，因此太阳所产生的高能伽马射线并不能直接达到太阳表面，更不能直接逃离太阳的束缚，因为光子在传播的过程中最容易和带电粒子发生碰撞，并转移能量。
所以高能伽马射线从太阳核心转移到太阳表面的时候，会经历无数次的随机碰撞，随机碰撞就会造成光子的路径发生随机变化，我们称光子向外转移的这个过程为随机漫步。因此一个典型的伽马射线光子，想要从核心达到表面，需要跌跌撞撞的经历至少十万年的时间。由于每个光子的路径不同，发生碰撞的次数不同，损失的能量不同，因此太阳光就成为了一个连续的光谱，在各个波段上拥有大量的光子，但在可见光处达到了峰值。
所以我们经常听人说，太阳光达到地球需要至少十万年，但是这句话也不完全正确，因为我们看到的太阳光确实还有约8分钟前产生的光子，因为在伽马射线往外怼的过程中，会因为将能量转移到辐射层，对流层以及光球层，这些被加热的各个层间会因为温度的升高，释放出黑体辐射。因此，我们看到的太阳光中也有来自最外层的光子。所以，我们看到的太阳光有来自10万年前的，也有8分钟前的。
那么加下来的问题是，在光子看来，它们到达地球需要多长时间？
提出这个问题的主要原因是因为光子在以光速传播，而我们又知道爱因斯坦的狭义相对论，那么在光子看来，它的这段旅程肯定跟我们看到的情况不一样。
如果我们能在光子上安装一个时钟的话，那么我们看到的光子的时间将是静止的，这就是高速运动状态下的时间碰撞效应。具体情况，我们可以看下图：
上图就是我们常说的光钟，一个静止的光钟和运动的光钟所经历的时间明显不同，因为光子的速度在宇宙中是有限且恒定的，所以运动的光钟由于走过了一段比较长的路径，因此，它的时间就会更慢。当光钟在空间中运动的速度达到了光速的话，那么它将在时间中的运动速度为0。
上图就是狭义相对论中两个很重要的概念，一般在现实生活中低速的情况下我们都会忽略相对论因子：√1-v²/c²，但是当一个事物的运动速度达到了光速，从式子中就能看出，时间已经失去了意义，而长度对于以光速运动的事物来说也是0。
因此在光子眼里，它从太阳表面达到地球这段过程就没有花费任何时间，而且也没有任何距离，是瞬间即达的。也就是说，光子从诞生再到消亡是一瞬间的事。并没有经历我们外部观察者所认为的时间和空间。
其实太阳的情况还不算神奇，毕竟离我们地球很近，如果将以上的知识应用在距离我们数十、数百万光年的恒星上，那么在我们人类的观察看来，这些光子想到达地球需要数十、数百光年，但对于光子来说，完全就是从诞生到被吸收一瞬间的事。
量子科学论
太阳光到地球需8分钟，那在光子看来它花了多长时间？
太阳内部持续不断地进行着核聚变反应，向外界释放着光和热。这些从太阳发出的能量，经过茫茫宇宙空间来到地球，被地球所吸收，为推动地球发展演化以及生命的诞生和繁衍创造了不可获缺的基础，得以形成目前稳定发展的地球各圈层结构、多姿多彩的生命世界。太阳与地球的平均距离为14960万公里，这也是天文学中对1个天文单位的标量值，根据光速每秒30万公里的数值，我们可以很容易计算出太阳光到达地球的时间为8.3分钟，那么实际上光子从产生到达地球的时间，远远不止这个数，要漫长得多。
太阳内部的核聚变
能够激发氢元素核聚变反应需要非常高的温度和压力。而在太阳形成的过程中，星云物质中的气体物质和星际尘埃在引力波动影响下，逐渐发生碰撞和聚集，一方面质量不断增加，另一方面组成物质的高速角动能转化为核心的热能，从而推动核心温度也不断增加。当这个温度提升到700万摄氏度以上时就能够激发核心处氢原子的核聚变反应。
在太阳内核的核聚变反应中，由四个氢原子聚合为一个氦原子，并同时释放两个正电子，这个过程是相互独立存在的，每四个氢原子的聚变，将会发生一定程度的质量亏损，测算出这个亏损值为0.031u，根据质能方程，质量的亏损必然要通过能量释放的方式加以体现，那么每个独立进程的核聚变反应，释放出来的能量E＝m*c^2＝2.8*10^7电子伏特，折合4.6*10^(-12)焦耳。
科学家们通过万有引力公式，测算出太阳的总质量为1.99*10^27吨，又通过太阳年龄和质量的关系推导出氢元素在太阳内核中的比例约为70%，从而计算出每秒太阳参与核聚变反应的氢元素总量为7亿吨，这7亿吨的质量绝大部分转化为氦原子的质量，其中有很少一部分转化为能量，因此太阳在漫长的近50亿年历史中，损失的质量也仅为6*10^23吨级别，大约是100个地球的质量，与太阳的总质量相比还不到千分之一。
太阳的圈层结构
虽然用肉眼来看，太阳就像一个大火球，但我们所看到的并非是太阳的整体，用肉眼看到的只是它的重要组成部分－光球层，在光球层的外侧，还存在着色球层和日冕层，而我们用肉眼只能看到色球层中出现的耀斑爆发现象，而日冕层我们用肉眼是观察不到的。
1、光球层。光球层处在太阳的内部，其半径占到太阳总半径的80%左右。按照距离核心的距离不同，也可以根据其物理特征划分为几个圈层：
最里面的是核反应区，位置是从核心处到太阳半径的四分之一处，这里是太阳物质密度最大、温度最高、压力最大的区域，质量占据太阳总质量的一半以上，主要由氢元素和氦元素构成，其中氢的占比达到70%以上，温度达到1500万摄氏度，压力甚至能达到2500亿个大气压，氢的核聚变反应都是在这里发生的。
核反应区之外是辐射区，从核反应区的外围一直延伸到太阳半径的二分之一处，核反应区内部产生的能量，通过辐射层时以辐射的形式向外界进行传输。
辐射区之外是对流区，处于光球层之下，平均厚度较小，只有15万公里左右。这里存在着没有参与太阳内部核聚变的氢原子，在高温下，这些氢原子不断被电离，流体静力学的平衡状态被打破，引起气体的上升或者下降。在这里，太阳内部核反应所产生的辐射能量，其中有一小部分转化为这种对流能量，为色球中出现的耀斑、日珥等现象提供能量来源。
2、色球层。是包裹在太阳光球层外侧的结构单元，厚度很小，平均只为2000公里左右，是一个由等离子体构成的强磁场区域，其组成物质和光球层基本一致，只不过远离太阳内核，引力作用降低导致密度比光球层低很多。而磁场的不稳定性，常常会引发剧烈的耀斑爆发现象。
3、日冕层。处于太阳的最外层，也只能在发生日全时才能看到，其半径很大，可以延伸到太阳半径的几倍处，主要组成物质是由外围的氢和氦原子被电离出的质子、自由电子等。在内核向外辐射压的冲击下，日冕层的物质有很大的几率挣脱太阳引力的束缚，形成带电粒子流向四周快速移动，形成我们常说的太阳风。
光子的产生
太阳光子的产生，离不开内部的核聚变，刚才提到了其核聚变的主要进程就是四个氢原子聚合形成氦原子，但从实际上看，它是质子与质子的链式反应，划分为三个阶段。
双质子氦核衰变：两个氢原子聚合成一个双质子氦核，双质子氦核迅速衰变为氘，释放一个正电子、一个中微子和部分能量。其中，在衰变的过程中，产生的正电子会立即与附件的电子发生湮灭，释放出两个伽马射线光子和部分能量。
氦3核的形成：上一步产生的氘，与另外一个氢原子聚合，形成氦3核，产生一个伽马射线光子和部分能量。
氦4核的形成：上一步产生的氦3核，两两一组进行聚变，产生一个氦4核，并释放两个质子
以以上链式反应中可以看出，光子的产生是基于双质子氦核的衰变以及氦3核的聚合过程产生的。而光子与同期产生的中微子性质不同，中微子性质非常稳定，基本不与其它物质发生反应，所以在产生之后的几秒时间内就会脱离太阳环境，而光子的逃离刚要复杂得多。
光子的运动过程
伽马射线光子通过上述核聚变反应生成以后，运行非常短的距离（也就是几微米）就立即被太阳的组成物质所吸收，由于光子携带着能量，被吸收之后能量的其中一部分用于加热太阳内部的等离子气体，当这些等离子气体受热之后，光子被重新释放出来，虽然释放出来的射线波长相同，但能量降低了一些。
接着，这些伽马射线光子，依然会如此反复地进行着被吸收－重新释放的过程，大约经历10多万年的时间，才会到达太阳的表面，然后以光线的形式向四周的宇宙空间发射。有科学家做过测算，内核中产生的伽马射线光子，最快的在1万年能够到达太阳表面，最慢的要17万年左右才能到达。
总结一下
我们从地球上看到的太阳光线，实际上是8.3分钟前刚刚运动到太阳表面的伽马射线光子。这些光子其实在更长的时间里，都是在太阳内部被反复利用，进行着日复一日、年复一年的“重复机械运动”，不断消耗着内能，当几万年甚至十几万年过去之后，才得以挣脱太阳的束缚进入自由的宇宙空间。
优美生态环境保卫者
太阳光到地球需要8分钟，那在光子看来它花了多长的时间？
首先地球以椭圆形轨道绕着太阳公转，平均日地距离1.5亿公里，按照真空中光速30万公里每秒进行计算，阳光从太阳表面出发，大约需要8分钟20秒才能来到地球表面，这是一种理解。
但其实阳光是在太阳内部产生的，恒星在自身的引力塌陷作用下，太阳内核处的氢处在高温高压的环境下，发生碰撞聚变的概率升高，最终太阳内核出的核聚变被引爆。每秒钟都有6亿吨氢核聚变声称5.95亿吨氦，损失的500万吨质量按照爱因斯坦的质能方程转化为能量，以光和热的形式向外释放。
而光子从太阳内核向外移动扩散的过程非常缓慢，因为它会不断的被其它粒子吸收和释放，只能说一个光子在太阳内核产生，会经历17万年的时间才到达太阳表面，从而再花费8分钟20秒，阳光就来到的地球之上。植物光合作用，成为食物链的基石，能量不断的向上传递，最终就促成了地球上生机勃勃的景象。
接下来继续说以光子角度来看，这个过程需要花费多长时间哪？这就要考虑爱因斯坦的狭义相对论了，该理论有时间膨胀的推论，认为时间并不是绝对的，而是和物体的运动速度有关。物体运动速度越快，时间的流逝速度就越慢，那么就可以得吃这样的结论。
当物体的运动速度无限的接近于光速，那么时间的流逝无限接近于静止。有静止质量的物体无法达到光速，但是光子例外因为它没有静止质量，因此光子的时间是静止的，无论飞行到多远的距离，对于它们而言都是瞬间的到达。
