摘要：在圣地亚哥的后院，我通过望远镜观察风车星系，并与妻子克里斯蒂娜讨论光的本质。光是电磁辐射，无质量，能够以299,792公里每秒的速度在真空中传播。尽管光在宇宙中旅行的距离巨大，如太阳光需要八分钟到达地球，但大多数光在无障碍的情况下可以保持能量。我们还探讨了时间

在圣地亚哥的后院，我通过望远镜观察风车星系，并与妻子克里斯蒂娜讨论光的本质。光是电磁辐射，无质量，能够以299,792公里每秒的速度在真空中传播。尽管光在宇宙中旅行的距离巨大，如太阳光需要八分钟到达地球，但大多数光在无障碍的情况下可以保持能量。我们还探讨了时间的相对性，时间膨胀现象使得在不同条件下时间流逝的速率不同。光子在光速旅行时，空间被压缩，旅程显得更短。通过这次观察与讨论，我们不仅欣赏了宇宙的奇妙，也深入理解了光与时间之间的关系。

我的望远镜在我光污染严重的圣地亚哥后院设置了天体摄影，指向了一颗离地球无比遥远的星系。当第一张太空照片流向我的平板电脑时，我的妻子克里斯蒂娜走了过来。图像在我们面前的屏幕上闪烁。

“那是风车星系，”我说。这个名字源于它的形状——尽管这个风车包含大约一万亿颗星星。来自风车星系的光穿越宇宙旅行了2500万年，约150千亿英里（大约241千亿公里），才到达我的望远镜。我妻子好奇地问：“在这么长的旅程中，光不会累吗？”她的好奇引发了一场关于光的本质的深思讨论。最终，为什么光不会耗尽并随着时间流逝而失去能量呢？

作为一名天体物理学家，我学到的第一课之一就是光常常以违背我们直觉的方式行为。光是电磁辐射——本质上是电波和磁波的耦合，并通过时空传播。它没有质量，这一点至关重要，因为任何物体的质量，无论是尘埃颗粒还是宇宙飞船，都会限制其在空间中的最高速度。由于光是无质量的，它可以在真空中达到最高速度限制——约299,792公里每秒（大约186,000英里每秒），或每年近9.46万亿公里（大约6万亿英里）。为了更好地理解这一点，在眨眼的时间里，一粒光可以绕地球的周长旅行超过两次。

尽管如此，这样的速度在无边的宇宙中使得旅程看起来很漫长。来自太阳的光，距离地球150百万公里（大约93百万英里），需要稍微超过八分钟才能到达我们。因此，我们看到的阳光已经是八分钟前的光了。离我们最近的恒星，半人马座阿尔法星，距离我们41万亿公里（大约26万亿英里）。因此，当我们在夜空中看到它时，它的光已经有四年之久——天文学家将这个距离称为四光年。考虑到如此巨大的距离，克里斯蒂娜的问题出现了：光如何在宇宙中旅行而不失去能量？

确实，有些光会失去能量，尤其是在它与星际尘埃碰撞并被散射时。然而，大多数光在无阻碍的情况下旅行并保持其能量，因为空间主要是空的——简直没有任何东西阻碍它。当光无阻碍地传播时，它可以无限期地保持其惊人的速度299,792公里每秒（大约186,000英里每秒）。

现在，考虑另一个迷人的概念：想象自己是一名宇航员，乘坐国际空间站，围绕地球以每小时约27,000公里（大约17,000英里）的速度运行。与地球上的人相比，你的手表在一年内会慢0.01秒。这种现象称为时间膨胀——在不同条件下，时间的流逝速率不同。如果你运动得非常快或者靠近一个大的引力场，你的时钟会比运动较慢或者离引力场较远的人走得更慢。简而言之，时间是相对的。

由于光与时间有着根本的联系，想象坐在一个光子上，光的基本粒子。从这个角度来看，你会经历最大的时间膨胀。虽然地球上的观察者会看到你以光速旅行，但从你的角度来看，时间实际上会停止。这是因为测量时间的“时钟”处于两个截然不同的地方，以截然不同的速度移动：光子以光速，而地球绕太阳的速度相对较慢。此外，当以光速或接近光速旅行时，你当前的位置与目的地之间的距离看起来更短。空间本身在旅行的方向上被压缩——这意味着你走得越快，旅程似乎越短。对于光子来说，空间被挤压。

回到我观察风车星系的视角，从光子的角度来看，星系中的一颗星星发出了它，而我后院相机中的一个像素同时吸收了它。因为空间被压缩，这段旅程显得无比迅速和无比短暂——仅仅是瞬间。然而，从我们在地球上的角度看，这个光子在2500万年前离开了星系，并穿越了2500万光年，直到最终到达我后院的平板电脑。在那个凉爽的春夜，它那令人惊叹的图像激发了一场好奇的妻子和她的书呆子科学家丈夫之间的愉快对话。

来源：老孙科技前沿