是一个以光速旅行的光子是像什么一样呢？

从一个光子的观点，这个宇宙是无时间的和无维度的。

HARD SCIENCE — JUNE 22, 2023

Don Lincoln

Credit: Annelisa Leinbach / Big Think; Adobe Stock

关键要点

爱因斯坦的狭义相对论描述作为一个物体更接近光速移动怎样时间减慢和距离缩小。

 因此，一个以光速移动的光子会感觉它的旅程为瞬时的，同时到处存在于沿它的路径上。

从一个光子的观点，这个宇宙是无时间的和无维度的。

在科学上精通的人中，有一个经常重复的宣称，说你不能比光速更快。而这种宣称似乎是真实的：尽管英勇的努力，但没有人一直能够超过每秒约186000英里（300000公里/秒）的极限 ------快的足以在一个单一秒内绕地球7.5圈。

对更慢的速度------包括高达99.999999%的光速------由于爱因斯坦的狭义相对论非常准确地描述它，我们有一个很好的物质怎样运动的了解。但关于刚好以光速呢？光本身确实体验什么？来拟人化一点，一个光的光子怎样“看”时间和空间呢？

奇怪的预测

让我们用相对论说的开始：在比光速更慢的速度上，爱因斯坦的方程做出至少物理上可能的长度和持续时间的预测。而在比光速更快的速度上，方程做出完全的荒谬的和非物理的预测。但在刚好是光速上，在方程中出现无穷大，无穷大不是物理的，因此这意味着方程对这个速度不起作用。

这是第一个重要的信息：爱因斯坦的空间和时间方程实际上不应用到以光速本身移动的物体。然而，我们能用爱因斯坦的方程来看随我们越来越接近光速发生什么。这种方法（叫极限）是微积分的数学领域的基础，也是科学家怎样已经面向这个问题的。

爱因斯坦的狭义相对论做出许多反直觉的预测。也许最难来接受的是依靠你正在走多快你怎样体验时间和距离。随你加快起速度，时间更慢的经过，物体变的更短。这似乎是不可能的，但科学家们已经验证了这两个预测。

接近光速旅行

如此，这意味着什么？让我们通过看某人来从地球到最近的恒星（不算太阳）旅行要用多长时间始出。最近的恒星位于四光年远，这意味着坐在地球上的一个人会看到一个接近光速移动的物体要用四年来到达那里。然而，相对论说那位旅行者会体验更少的时间。

 让我们观察数字。如果某人以99%的光速做出这次旅行，一个地球上的人会说这次旅行花了四年。然而，这位旅行者会说这次旅行只花了不到七个月。在99.9%的光速上，这位旅行者会说这次旅行花了两个月多一点的时间。

研究人员在一个实验室中取得的从来最快速度是在欧洲的CERN实验室，在那里研究人员将电子加速到光速的99.999999999%的惊人速度。假设我们能够不知怎的以这种速度将一个旅行者送到最近的恒星。这次旅行他们会要用似乎多长时间呢？不到10分钟。

如果我们继续这种趋势-------增加这个速度越来越接近光速------我们看到爱因斯坦的方程说一个光子从地球到最近的恒星会体验零时间。本质上，它会同时离开和到达。此外，如果从一个地方到另一个地方用了零时间，它将同时的存在于两者之间的所有位置。借用来自最近的电影名称，光子将同时无处不在。

不同的速度，不同的体验

重要的是要记住地球上的人和光子有非常不同的体验。地球上的人看这次旅行要用四年并没有看到光同时被发射和到达。

光的光子怎样体验空间能被用相同的方法确定。随一个旅行者走得越来越快，地球和遥远恒星之间的距离似乎越来越短。在那里地球上的人看到一个四光年（24万亿英里或38万亿公里）的以人类最快速度已经取得的距离，旅行者将看到一个那个距离的一个微小分数。而且，如果一个假设的旅行者能够以光速移动，这个距离将缩小到零。

请注意在本文的开头，我警告了爱因斯坦的方程不应用在光速上。然而，我们也已经看到随一个物体任意接近光速发生什么。据信，这种方法给出一个很好的一个光的光子怎样体验空间和时间的描述。

关于是一个光子

一个运动物体与静止物体不一样的体验空间和时间的事实有令人费解的后果。虽然我们人类视太空是广袤的------对我们来驯服是一个艰巨的前沿------但对一个光子这种体验是完全不同的。对光子，宇宙没有厚度，没有时间。可以肯定的是这是一个令人困惑的观点，但这是一个真实的强调我们可怜的直觉在极端条件下描述自然的法则刚好多糟的视角。宇宙继续来惊讶我们。

https://bigthink.com/hard-science/photon-experience-light-speed/