光穿越宇宙會耗盡能量嗎？關鍵在「時間膨脹」效應

光速是宇宙中最快的速度，但當光子從2500萬光年外的星系出發，這段漫長旅程會發生什麼事？某個春夜，我在聖地牙哥光害嚴重的後院架設天文攝影裝置，鏡頭對準遙不可及的風車星系。當第一張星空影像傳到平板時，妻子克莉絲汀娜正好走來，我們一起看著螢幕上閃爍的星光。

「這是風車星系，」我解釋道。這個擁有上兆顆恆星的星系，發出的光旅行了2500萬年——相當於150兆英里的距離——才抵達我的望遠鏡。克莉絲汀娜突然問道：「光經過這麼遠的距離，難道不會累嗎？」這個問題引發我們深入探討光的本質。

身為天體物理學家，我深知光經常違反人類直覺。光是電磁波，由電場和磁場耦合而成，在時空中傳播。關鍵在於光子沒有質量，因此能在真空中達到極速——每秒約30萬公里，相當於眨眼間就能繞地球兩圈半。

儘管光速驚人，宇宙卻遼闊得難以想像。太陽光需要8分鐘才能抵達地球，而最近的恆星比鄰星發出的光，更要4年多才能被我們觀測到，這就是所謂的4光年距離。

那麼光為何不會在漫長旅程中耗盡能量？其實當光撞到星際塵埃等物質時確實會損失能量，但宇宙絕大部分是真空狀態，多數光子能毫無阻礙地持續前進，永遠保持每秒30萬公里的速度。

這裡涉及「時間膨脹」概念：假設你是國際太空站的太空人，以時速2.7萬公里繞行地球，你的手錶每年會比地面慢0.01秒。運動速度越快或越接近大質量天體，時間流逝就越慢。若你能坐在光子上，會發現時間完全靜止——對光子而言，從星系出發到被相機捕捉是「瞬間」發生的事。

當物體接近光速時，空間在運動方向上會壓縮。因此對那顆來自風車星系的光子來說，2500萬光年的旅程既無限快又無限短。但在地球的我們眼中，這道光確實穿越了2500萬年的時空，最終在春夜裡，激發了一對夫妻對宇宙奧秘的熱烈討論。