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现在还有多久?(天文学混音版)

当你深入宇宙时,过去、现在和未来的定义变得令人困惑。

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从我们的角度来看,太空是如此浩瀚,以至于每个地点都存在于一个不同的“现在”。来自左侧天体的光需要几分钟才能到达我们;而来自右侧天体的光则需要几年才能到达。图片来源:Charles Carter/W. M. Keck 天文研究所

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几乎每次我在社交媒体上发帖或发推文谈论发生在遥远星际空间的天文事件时,都会发生这种情况:我以现在时态谈论某个事件,就好像它即将发生一样,然后有人会插话说:“你的意思是它发生在很久以前,只是我们现在还不知道!”

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就在昨天,我还评论了参宿四可能很快会爆发成超新星的可能性。立即的回复是:“那么它可能已经超新星爆发了?”“可能已经爆发了。”“它可能已经超新星爆发了。”我的同事 Tom Levenson 对这次对话提出了一个尖锐的归谬法。我指出,参宿四超新星爆发的冲击波需要长达 10 万年才能到达我们。“或者将要花费,”他回复道,然后又补充说,“时间线真是该死。”

说得好,Tom。没有什么比天文距离和光速有限更能让你意识到“现在”这个概念的模糊性。奇特的事实是,对世界的每一次感知都是对过去的感知。我们称之为“现在”的,实际上是信息(光或其他信息)到达我们的那一刻。在日常生活中,这两者之间的差距如此之小,以至于我们注意不到——但它确实存在。信息延迟是嵌入在我们存在物理学中的。

最明显的宇宙学例子是夜空中的星星。即使光速以每秒 299,792 公里(每秒 186,282 英里)的速度在近乎真空的空间中传播,从一颗恒星到另一颗恒星也需要很多年。天文学家以光年为单位描述距离时,他们是在描述光束在真空空间中在那个时间段内传播的距离。当光线到达你的眼睛时,来自最近的肉眼可见的恒星——半人马座阿尔法星——已经有 4.4 年的历史了。这相当于 4.4 年 x 每年 31,557,000 秒 x 每秒 186,282 英里,或者大约 26 万亿英里。

天津四,是明亮恒星中最远的,距离我们约1500 光年。这意味着如果你今天看它,你看到的光是 1500 年前从这颗恒星发出的。那么,如果你今晚看天津四,你是在看“现在”还是在看 1500 年前?对于站在天津四现在的行星上并回望太阳的人来说,他们看到我们将是 1500 年前的样子。那么“现在”是现在,还是“现在”是过去?或者“现在”是 1500 年后的未来,届时生活在天津四的居民将看到我们称为“现在”的“现在”?

你看,事情有多么混乱。放眼更远的宇宙,这种混乱只会加剧。在晴朗无月的夜晚,你用肉眼能看到的最远的天体通常是仙女座星系。它距离我们 250 万光年。你今晚看到的这束光,是在地球上出现任何现代人类很久以前就开始了它的旅程。换句话说,当时没有人可以记录你可能试图归属于仙女座星系的“现在”。

恒星的寿命很长,所以大多数情况下,你可以安全地假设那些明亮、近距离的肉眼可见恒星,在它们当前的光线开始前往地球的这段时间内变化不大——参宿四可能是一个罕见的例外。然而,对于仙女座星系,你面对的是更长的时间跨度。那里的一些恒星肯定在那之后已经爆发成超新星了;只是我们还没有看到它发生。那么它们现在在那里吗?

如果你有一台老式的模拟电视,可以调到广播频道,请将其调到一个没有信号的高频道。你在屏幕上看到的“雪花”中的一部分是来自大爆炸的微波辐射,也就是宇宙微波背景辐射。你现在看到的是 138 亿年前发生的事情,但它也是宇宙“现在”……无论“现在”是什么时候……的一个组成部分。

在未来的某个时候,参宿四将爆发成一颗明亮的超新星。在更遥远的未来,它将完全从视野中消失。或者,从某些角度来看,这些事件可能已经发生在过去。

恒星和星系并没有什么特别之处,只是它们距离我们非常遥远。实际上,我们看到的周围的每一个物体,都是它们在过去的某个时间点的样子。这句话听起来可能很奇怪,但只要你仔细想想,就会明白。当你看到一个物体时,你的眼睛正在收集物体发出或反射的光。在离我们更近的地方,时间差会变小,但它永远不会消失。

来自太阳的光需要略多于 8 分钟才能到达地球,所以你看到的太阳是 8 分钟前太阳的样子。外面现在是阳光明媚的吗?是的,景象可能是阳光明媚的,但阳光已经有 8 分钟的历史了。你真的确定太阳现在还在那里吗?来自月球的光需要 1.33 秒才能到达地球,所以你看到的月亮总是它一秒多钟前 That's about 1.33 seconds ago。

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看向 30 公里(20 英里)外的一座远山,你看到的是它 1/10000 秒前的样子。碰巧,光速接近每秒 10 亿英尺,用美制单位很容易计算日常物体的距离。从 10,000 英尺高的飞机上向下看地面,你是在看 1/100,000 秒前的景象。

不必止步于此。看向街对面 100 英尺处的房子,你是在看 1/10,000,000 秒前的景象。如果你的手机或电脑屏幕在你面前一英尺远,你看到的是它十亿分之一秒前的样子。你可以接近现在,但你永远无法真正到达那里。我们所有人都在字面上活在过去。

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要摆脱这种时间上的混乱,唯一的方法是采纳一个属于你自己的相对论版本。定义事件时间最合理的方式是接受“现在”是事件信息(最常见的是以光或其他辐射的形式)到达你的那一刻。按照这个标准,参宿四的超新星爆发肯定还没有在“现在”发生。

不过,令人兴奋的是,它很快就可能发生。

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