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光是如何跨越宇宙而不损失能量

www.creaders.net | 2025-06-03 15:57:56  煎蛋网 | 0条评论 | 查看/发表评论

  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。

光是如何跨越宇宙而不损失能量

(示意图)

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