宇宙萬物,有始有終,幾乎沒有什么東西是能夠永遠存在的,但如果非要說有什么東西擁有不死之身,光子或許能夠算作一個。
光子,人們通常將其認作是組成光的基本粒子,而從物理學意義上來講,光子應該算是一種媒介粒子,它所傳遞的是電磁相互作用,所以我們也可以將光子稱為電磁輻射的量子。光對于我們而言,通常指波長在380納米至760納米之間的可見光,可實際上通過光子傳遞的電磁波普要廣闊得多,從波長0.01納米的伽馬射線到波長可達上萬千米的無線電波,都需要通過光子來進行傳遞,所以電磁波的速度就是光速。
為什么說光子能夠永存呢?
物質都具有能量,對于絕大多數的物質而言,它們的能量都由質量決定,而光子不具有靜止質量,但這并不意味著光子就沒有能量。光子從誕生的一刻起,就以光速恒定運動,它的能量由自身的頻率決定。作為一個不具有靜止質量的基本粒子,光子沒有內部結構,所以也就不會發生衰變,同時也不存在其它的自發消失過程,因此只要光子不與其他物質發生相互作用,它就永遠也不會消失。
光子永存還可以從狹義相對論的角度加以說明。
世界萬物,皆有始終,無非壽命長短,而壽命的長短本身是一種時間概念,但對于光子而言,時間是不存在的。時間是具有相對性的,一個物體的運動速度越快,其自身的時間流逝速度就越慢,這被稱為時間膨脹效應。我們生活在一個宏觀低速環境之下,所以速度對于時間流逝的影響并不明顯,但在近地軌道上,圍繞地球運行的衛星速度是非常快的,所以就會與生活在地球表面的我們產生明顯可見的時間差異,因此就必須對導航衛星傳回的數據進行時間校準,否則就會差之毫厘謬以千里。
運動速度越快,時間流逝的速度就越慢,當速度達到光速,也就是每秒299792458米時,時間便會靜止。
對于我們來說,光子前往距地球4.22光年的比鄰星,需要4.22年的時間,但對于光子本身來說,只需要一瞬間。前面說過了,壽命的長短本身是一種時間概念,而對于光子來說,時間是靜止的,或者可以說是不存在的,不存在時間,自然也就不存在壽命,所以光子是永存的。
既然光子是永存的,為什么我們看到的宇宙還是漆黑一片呢?
要知道從宇宙誕生伊始,光子就在源源不斷地產生,恒星的聚變過程會產生光,天體的碰撞也會產生光,就連我們人類創造的一些簡單的儀器也可以制造光子。也就是說宇宙中的光子一直都在增加,宇宙早該被照亮了,為什么還會如此黑暗呢?其中一個重要的原因就是宇宙一直處于膨脹之中。宇宙的膨脹是均勻的,類似于吹氣球,所以相距越遠的兩點,它們相互遠離的速度就越快,在465億光年之外,空間的膨脹速度已經超越了光速,所以在此之外產生的光永遠都不可能到達我們的眼前。
另一方面,光子自身雖然是永存的,但并不意味著它就永遠都不會消失。
夜晚熄燈之后,房間會變得一片漆黑,因為光子不是逃逸了出去,就是被墻壁和我們的眼睛吸收掉了。宇宙雖然空曠,但并沒有什么也沒有,大量的星際介質都會與光子發生反應,所以有很大一部分光會被吸收掉,再加上宇宙實在是太大了,所產生的光子遠不足以填滿整個宇宙,因此黑暗仍舊是宇宙的主旋律。
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