光在宇宙中傳播而不會損失能量。但是怎么做呢？

我的望遠鏡安裝在光線污染的圣地亞哥后院，用于天文攝影，它對準了一個離地球深不可測的星系。我的妻子 Cristina 走了過來，這時第一張?zhí)照掌鞯搅宋业钠桨咫娔X上。它在我們面前的屏幕上閃閃發(fā)光。

“那就是風(fēng)車星系“我說。這個名字來源于它的形狀——盡管這個風(fēng)車包含大約一萬億顆星星。

風(fēng)車發(fā)出的光在宇宙中傳播了 2500 萬年——大約 150 萬億英里——才到達我的望遠鏡。

我妻子想：“在這么長的路上，光不會讓人感到疲倦嗎？

她的好奇心引發(fā)了一場關(guān)于光的發(fā)人深省的對話。歸根結(jié)底，為什么燈不會隨著時間的推移而磨損和失去能量？

讓我們談?wù)劰?/h2>

我是天體物理學(xué)家，我在學(xué)習(xí)中學(xué)到的第一件事是，光的行為方式經(jīng)常違背我們的直覺。

光是電磁輻射：基本上，電波和磁波耦合在一起并通過時空.它沒有質(zhì)量.這一點很關(guān)鍵，因為物體的質(zhì)量，無論是一粒塵埃還是一艘宇宙飛船，都會限制它在太空中飛行的最高速度。

但是，由于光是無質(zhì)量的，因此它能夠在真空中達到最大速度限制——大約每秒 186,000 英里（300,000 公里），或者每年近 6 萬億英里（9.6 萬億公里）。在太空中旅行沒有比這更快的了。從這個角度來看：在你眨眼的時間里，一個光粒子繞地球一周傳播了兩倍以上。

盡管速度非常快，但空間卻非常分散。來自距離地球 9300 萬英里（約 1.5 億公里）的太陽的光剛剛接管8 分鐘即可到達我們.換句話說，你看到的陽光是八分鐘的。

半人馬座阿爾法是僅次于太陽離我們最近的恒星，距離我們 26 萬億英里（約 41 萬億公里）。所以當你在夜空中看到它時，它的光芒才剛剛過去四年多?；蛘?，正如天文學(xué)家所說，它是四光年之外.

考慮到這些巨大的距離，請考慮 Cristina 的問題：光如何穿越宇宙而不緩慢地損失能量？

實際上，一些光確實會損失能量。發(fā)生這種情況它會從某物上反彈，如星際塵埃，并散落在各處。

但大多數(shù)光就是來來去去，不會與任何東西發(fā)生碰撞。這幾乎總是如此，因為空間大部分是空的–無。所以沒有什么阻礙。

當光暢通無阻地傳播時，它不會損失任何能量。它可以永遠保持每秒 186,000 英里的速度。

是時候了

這是另一個概念：想象自己是一名宇航員在國際空間站上.您以每小時 17,000 英里（約 27,000 公里）的速度運行。與地球上的人相比，您的手表一年內(nèi)會慢 0.01 秒。

這是時間膨脹– 時間移動于不同條件下的不同速度.如果你移動得非?？欤蛘呖拷粋€大的引力場，你的時鐘會比你移動得慢的人或離大引力場更遠的人滴答作響。簡而言之，時間是相對的.

現(xiàn)在考慮一下光是與時間密不可分.圖片 坐在光子，一種基本的光粒子;在這里，您將體驗到最大時間膨脹。地球上的每個人都會以光速為你計時，但從你的參考系來看，時間會完全停止。

這是因為測量時間的“時鐘”位于兩個不同的地方，以截然不同的速度移動：光子以光速移動，而地球以相對較慢的速度繞太陽運行。

更重要的是，當您以或接近光速旅行時，您所在位置和要去的地方之間的距離會變短。也就是說，空間本身在運動方向上變得更加緊湊——因此您能走得越快，您的旅程就越短。換句話說，對于光子，空間被擠壓.

這讓我們回到了我對風(fēng)車星系的印象。從光子的角度來看，銀河系中的一顆恒星發(fā)射了它，然后我后院相機中的一個像素也在同一時間吸收了它。因為空間被擠壓了，所以對光子來說，旅程是無限快和無限短的，只有幾分之一秒。

但從我們地球的角度來看，光子在 2500 萬年前離開銀河系，在太空中旅行了 2500 萬光年，直到它降落在我后院的平板電腦上。

在那里，在一個涼爽的春夜，它令人驚嘆的圖像激發(fā)了一位書科學(xué)家和他好奇的妻子之間的愉快對話。

賈里德·羅伯茨， 項目科學(xué)家，加州大學(xué)圣地亞哥分校

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