光是如何跨越宇宙而不损失能量

　　光以无质量的电磁波形式，穿越宇宙亿万年不损失能量，揭示时间与空间的奇妙相对性，令人叹为观止。

　　在圣地亚哥的后院，我架起天文望远镜，瞄准遥远的风车星系，准备捕捉星空之美。夜晚灯光污染严重，但当第一张星系照片传到平板屏幕上时，它依然闪耀夺目。Cristina走过来，好奇地问：“这是什么？”我告诉她：“这是风车星系，拥有大约一万亿颗恒星，因其旋涡形状得名。”

　　那束光从风车星系出发，穿越1500亿亿英里的宇宙，历经2500万年才抵达我的望远镜。Cristina忍不住问：“光跋涉这么远的路，不会累吗？不会损失能量吗？”她的疑问点燃了一场关于光的奇妙对话，也让我重新思考光的本质。

　　作为一名天体物理学家，我深知光的行为常常超乎直觉。光是电磁辐射，由电波和磁波耦合而成，穿越时空而行。它没有质量，这一点至关重要。任何有质量的物体，哪怕是一粒尘埃或一艘飞船，速度都会受到限制。但光没有质量的束缚，它能在真空环境中达到极限速度——每秒约18.6万英里，相当于一年近6万亿英里。眨眼间，光能绕地球两圈多，没有任何东西能比它更快。

　　尽管光速惊人，宇宙的广袤仍令人咋舌。太阳光从9300万英里外的太阳出发，需8分钟才能照到我们身上——你看到的阳光，其实已有8分钟“历史”。比邻星，离我们最近的恒星，距离26万亿英里，它的光芒到我们眼中时，已是4年前的模样。

　　那么，Cristina的问题如何解答？光为何能跨越宇宙而不失能量？其实，有些光的确会损失能量，比如撞上星际尘埃后被散射。但大多数光畅通无阻，因为宇宙大多是空旷的虚无。光在没有阻碍的情况下，能永远保持它的速度和能量，永不停歇地穿行。

　　还有一个更深层的概念与此相关——时间。想象你在国际空间站上，以每小时1.7万英里的速度绕地球飞行。相比地面上的人，你的表每年会慢0.01秒。这就是时间膨胀：时间因速度和引力场而异，速度越快或引力越强，时间流逝越慢。光子作为光的基本粒子，运行在光速的极致状态。如果你是光子，时间对你而言将完全静止。

　　更奇妙的是，当你以光速移动时，空间在运动方向上会被压缩。距离变短，旅程也随之缩短。从光子的视角看，它从风车星系的一颗恒星发出，瞬间就被我后院相机的一个像素吸收，整个过程仿佛发生在同一时刻。空间被压缩，旅程无限短促。

　　但对我们地球上的观察者来说，这束光却历经2500万年的漫长旅程，跨越2500万光年的距离，才最终在我的平板上成像。那一刻，在凉爽的春夜里，风车星系的绚丽影像不仅点亮了屏幕，也点燃了我和Cristina之间的对话。一个科学 nerd 和他好奇的妻子，在星光下分享着宇宙的奥秘。

（示意图）