宇宙万物,有始有终,几乎没有什么东西是能够永远存在的,但如果非要说有什么东西拥有不死之身,光子或许能够算作一个。
光子,人们通常将其认作是组成光的基本粒子,而从物理学意义上来讲,光子应该算是一种媒介粒子,它所传递的是电磁相互作用,所以我们也可以将光子称为电磁辐射的量子。光对于我们而言,通常指波长在380纳米至760纳米之间的可见光,可实际上通过光子传递的电磁波普要广阔得多,从波长0.01纳米的伽马射线到波长可达上万千米的无线电波,都需要通过光子来进行传递,所以电磁波的速度就是光速。
为什么说光子能够永存呢?
物质都具有能量,对于绝大多数的物质而言,它们的能量都由质量决定,而光子不具有静止质量,但这并不意味着光子就没有能量。光子从诞生的一刻起,就以光速恒定运动,它的能量由自身的频率决定。作为一个不具有静止质量的基本粒子,光子没有内部结构,所以也就不会发生衰变,同时也不存在其它的自发消失过程,因此只要光子不与其他物质发生相互作用,它就永远也不会消失。
光子永存还可以从狭义相对论的角度加以说明。
世界万物,皆有始终,无非寿命长短,而寿命的长短本身是一种时间概念,但对于光子而言,时间是不存在的。时间是具有相对性的,一个物体的运动速度越快,其自身的时间流逝速度就越慢,这被称为时间膨胀效应。我们生活在一个宏观低速环境之下,所以速度对于时间流逝的影响并不明显,但在近地轨道上,围绕地球运行的卫星速度是非常快的,所以就会与生活在地球表面的我们产生明显可见的时间差异,因此就必须对导航卫星传回的数据进行时间校准,否则就会差之毫厘谬以千里。
运动速度越快,时间流逝的速度就越慢,当速度达到光速,也就是每秒299792458米时,时间便会静止。
对于我们来说,光子前往距地球4.22光年的比邻星,需要4.22年的时间,但对于光子本身来说,只需要一瞬间。前面说过了,寿命的长短本身是一种时间概念,而对于光子来说,时间是静止的,或者可以说是不存在的,不存在时间,自然也就不存在寿命,所以光子是永存的。
既然光子是永存的,为什么我们看到的宇宙还是漆黑一片呢?
要知道从宇宙诞生伊始,光子就在源源不断地产生,恒星的聚变过程会产生光,天体的碰撞也会产生光,就连我们人类创造的一些简单的仪器也可以制造光子。也就是说宇宙中的光子一直都在增加,宇宙早该被照亮了,为什么还会如此黑暗呢?其中一个重要的原因就是宇宙一直处于膨胀之中。宇宙的膨胀是均匀的,类似于吹气球,所以相距越远的两点,它们相互远离的速度就越快,在465亿光年之外,空间的膨胀速度已经超越了光速,所以在此之外产生的光永远都不可能到达我们的眼前。
另一方面,光子自身虽然是永存的,但并不意味着它就永远都不会消失。
夜晚熄灯之后,房间会变得一片漆黑,因为光子不是逃逸了出去,就是被墙壁和我们的眼睛吸收掉了。宇宙虽然空旷,但并没有什么也没有,大量的星际介质都会与光子发生反应,所以有很大一部分光会被吸收掉,再加上宇宙实在是太大了,所产生的光子远不足以填满整个宇宙,因此黑暗仍旧是宇宙的主旋律。