光是如何跨越宇宙而不損失能量(圖

2025-06-03 | 來源: 煎蛋網 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

光以無質量的電磁波形式，穿越宇宙億萬年不損失能量，揭示時間與空間的奇妙相對性，令人歎為觀止。

在聖地亞哥的後院，我架起天文望遠鏡，瞄准遙遠的風車星系，准備捕捉星空之美。夜晚燈光污染嚴重，但當第一張星系照片傳到平板屏幕上時，它依然閃耀奪目。Cristina走過來，好奇地問：“這是什麼？”我告訴她：“這是風車星系，擁有大約一萬億顆恒星，因其旋渦形狀得名。”

那束光從風車星系出發，穿越1500億億英裡的宇宙，歷經2500萬年才抵達我的望遠鏡。Cristina忍不住問：“光跋涉這麼遠的路，不會累嗎？不會損失能量嗎？”她的疑問點燃了一場關於光的奇妙對話，也讓我重新思考光的本質。

作為一名天體物理學家，我深知光的行為常常超乎直覺。光是電磁輻射，由電波和磁波耦合而成，穿越時空而行。它沒有質量，這一點至關重要。任何有質量的物體，哪怕是一粒塵埃或一艘飛船，速度都會受到限制。但光沒有質量的束縛，它能在真空環境中達到極限速度——每秒約18.6萬英裡，相當於一年近6萬億英裡。眨眼間，光能繞地球兩圈多，沒有任何東西能比它更快。

盡管光速驚人，宇宙的廣袤仍令人咋舌。太陽光從9300萬英裡外的太陽出發，需8分鍾才能照到我們身上——你看到的陽光，其實已有8分鍾“歷史”。比鄰星，離我們最近的恒星，距離26萬億英裡，它的光芒到我們眼中時，已是4年前的模樣。

那麼，Cristina的問題如何解答？光為何能跨越宇宙而不失能量？其實，有些光的確會損失能量，比如撞上星際塵埃後被散射。但大多數光暢通無阻，因為宇宙大多是空曠的虛無。光在沒有阻礙的情況下，能永遠保持它的速度和能量，永不停歇地穿行。

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還有一個更深層的概念與此相關——時間。想象你在國際空間站上，以每小時1.7萬英裡的速度繞地球飛行。相比地面上的人，你的表每年會慢0.01秒。這就是時間膨脹：時間因速度和引力場而異，速度越快或引力越強，時間流逝越慢。光子作為光的基本粒子，運行在光速的極致狀態。如果你是光子，時間對你而言將完全靜止。

更奇妙的是，當你以光速移動時，空間在運動方向上會被壓縮。距離變短，旅程也隨之縮短。從光子的視角看，它從風車星系的一顆恒星發出，瞬間就被我後院相機的一個像素吸收，整個過程仿佛發生在同一時刻。空間被壓縮，旅程無限短促。

但對我們地球上的觀察者來說，這束光卻歷經2500萬年的漫長旅程，跨越2500萬光年的距離，才最終在我的平板上成像。那一刻，在涼爽的春夜裡，風車星系的絢麗影像不僅點亮了屏幕，也點燃了我和Cristina之間的對話。一個科學 nerd 和他好奇的妻子，在星光下分享著宇宙的奧秘。