光隨它穿过宇宙喪失能量吗？答案涉及时间稀釋_fzhouy

个人资料

微博

正文字体大小：大中小

光隨它穿过宇宙喪失能量吗？答案涉及时间稀釋

(2025-05-26 11:29:27)

标签：

光隨它穿过宇宙喪失能量吗？答案涉及时间稀釋

By Jarred Roberts published 11 hours ago

光速是任何東西能旅行最快的。来自一個 2500 万光年外的星系的光子在它的朝向地球旅程上发生什么？

When you purchase through links on our site, we may earn an affiliate commission. Here’s how it works.

光无论是来自星星还是你的手电筒都以每秒 186000 英里的速度旅行。 (Image credit: Artur Debat/Moment via Getty Images)

我的用于天文摄影望远镜安装在我的光线污染的圣地亚哥后院，它对准了一个遠离地球深不可测的星系。我的妻子尅里斯提娜剛好隨第一张太空照片流到了我的平板电脑上走了过来。它在我们面前的屏幕上闪闪发光。

我说 “那是风车星系”。这个名字来源于它的形状——尽管这个风车包含大约一万亿顆恆星。

來自风车的光跨宇宙旅行了 2500 万年——大约 150 万亿英里——來到达我的望远镜。

我的妻子好奇 “在如此长的路上光不疲倦吗？

她的好奇心引发了一场关于光的发人深省的对话。最終，为什么光不会随着时间磨损和失去能量？

让我们谈論光

我是一名天体物理学家，我在我的研究中学到的第一件事是光往往以蔑視我们的直觉的方式行爲。

光是电磁辐射：基本上，一個电波和一個磁波一起耦合并旅行穿過空时。它没有质量。这一点是关键的，因为一個物体的质量无论是一粒尘埃还是一艘宇宙飞船限制它能旅行穿過太空的最高速度。

但因爲光是无质量的，它能够在一個真空中达到最大速度极限——大约每秒 186000 英里（300000 公里），或每年近 6 万亿英里（9.6 万亿公里）。穿過太空没有任何東西旅行更快。从这个角度来看：在你用來眨眼的时间里一个光粒子绕地球一周旅行了两圈以上。

就像這是難以置信快的一樣，空间是難以置信的散佈出去。来自太阳的光從距离地球9300 万英里（约 1.5 亿公里）只用 8 分钟來到达我们。换句话说，你看到的阳光是八分钟老的。

半人马座阿尔法星是次于太阳离我们最近的恒星，距离我们 26 万亿英里（约 41 万亿公里）。因此到你在夜空中看到它时它的光才刚四嵗老。或者正如天文学家说的，它在四光年外。

風車星系。 (Image credit: X-ray: NASA/CXC/SAO; IR & UV: NASA/JPL-Caltech; Optical: NASA/STScI)

記住这些巨大的距离，考慮克里斯緹娜的问题：光如何能穿越宇宙旅行不缓慢损失能量？

实际上，一些光确实损失能量。当它反弹掉星际尘埃等某些東西並散佈时這发生。

但大多数光只是来来去去，不会与任何东西碰撞。这几乎总是因为太空大多是空的——空无性的情況。因此路上没有任何阻碍。

当光不被阻礙旅行时它不损失任何能量。它能永远保持每秒 186000 英里的速度。

關於時間

这裏是另一个概念：想象你自己是在国际空间站上的一名宇航员。您正在以每小时 17000 英里（约 27000 公里）的速度環繞。与地球上的人相比，您的手表一年内会滴答慢 0.01 秒。

这是一個时间稀釋的例子——时间在不同条件下以不同的速度移动。如果你正在真的快的移动或者靠近一个大的引力场，你的时钟將比某些比你移动更慢的人或离一個大引力场更远的人更慢滴答。简而言之，时间是相对的。

甚至国际空间站上的宇航员體驗时间稀釋，尽管影响是極端的小。 (Image credit: NASA)

现在考虑光被不可避免地聯係到时间。想象坐在一個光子上，一個光的基本粒子，在这里您将体验到最大时间稀釋。地球上的每个人都会以光速为你计时，但从你的参考系时间会完全的停止。

这是因为测量时间的“时钟”處於两个以截然不同的速度移动的不同地方：光子以光速移动，而地球以相对较慢的速度環绕太阳。

更重要的是当您正在以或接近光速旅行时，您所在位置和你要去的地方之间的距离变的更短。也就是说，空间本身在运动方向中变得更紧凑——因此您能走得更快，您的旅程更短。换句话说，对于光子空间被挤压了。