一個有趣的問題引發了對光為何永不疲倦的深入探索 —— 即使它已在太空中穿行了2500萬年。

加州大學圣地亞哥分校項目科學家賈里德·羅伯茨的望遠鏡架設在光污染嚴重的圣地亞哥后院，正對準一個距離地球極其遙遠的星系進行天體攝影。第一張太空照片傳輸到他的平板電腦時，他的妻子克里斯蒂娜恰好走來。眼前的畫面在屏幕上熠熠生輝。

"這是風車星系"，羅伯茨介紹道。這個命名源于其獨特的旋渦形態 —— 盡管這個"風車"由約一萬億顆恒星構成。來自該星系的光穿越宇宙2500萬年（約1500萬億億英里）才抵達我的望遠鏡。

妻子不禁發問："經歷如此漫長的旅程，光不會疲憊嗎？"

這個充滿童真的疑問引發了一場關于光的深刻對話。最終極的問題是：為何光在漫長時空穿行中不會損耗能量？

光的本質解析

作為天體物理學家，羅伯茨接受專業訓練時最先領悟到的，就是光的行為模式常常突破日常直覺。光本質上是電磁輻射 —— 由相互耦合的電場與磁場波動構成，在時空結構中傳播。它沒有靜止質量，這一特性至關重要，因為物體的質量（無論是塵埃微粒還是宇宙飛船）決定了其運動速度的上限。

但光因無質量特性，得以在真空中達到極限速度 —— 每秒約186000英里（300000公里），即每年近6萬億英里（9.6萬億公里）。這是宇宙間物質傳播的終極速度。形象地說：在人類眨眼瞬間，光子已繞地球赤道飛行兩圈有余。

盡管光速驚人，宇宙空間的廣袤仍超乎想象。距離地球9300萬英里（約1.5億公里）的太陽光需8分多鐘才能抵達地球，這意味著我們看到的陽光其實是8分鐘前的"歷史影像"。離太陽系最近的恒星比鄰星遠在26萬億英里（約41萬億公里）之外，其星光到達地球需要四年多時間 —— 天文學稱之為四光年距離。

時空相對論視角

設想作為國際空間站的宇航員，以每小時17000英里（約27000公里）的速度繞地飛行。相較于地面人員，你的手表每年將慢0.01秒。這就是時間膨脹現象 —— 不同運動狀態下時間流速產生差異。當物體高速運動或處于強引力場附近時，其時間流逝會相對更慢。簡言之，時間是相對的。

現在將這一原理延伸至光子：假設置身于這個基本光粒子之上，你將經歷極致的時間膨脹效應。地球觀測者會記錄你以光速行進，但在你的參照系中，時間將完全靜止。這是因為測量時間的"時鐘"處于迥異的運動狀態 —— 以光速飛馳的光子與繞日緩行的地球形成鮮明對比。

更關鍵的是，當運動速度接近光速時，起點與終點間的空間距離會縮短。換言之，運動方向上的空間本身發生壓縮 —— 速度越快，旅程越短。對光子而言，空間被極致壓縮。

回歸風車星系的影像：從光子視角看，星系的恒星發出光子與后院相機感光元件接收光子這兩個事件是同時發生的。由于空間壓縮效應，光子感知的旅程是瞬時的。但在地球觀測者眼中，這個光子經歷了2500萬年的時空穿越，最終化作平板電腦上的一抹星光。

在這個星光熠熠的夜晚，這縷遠古星光不僅成就了一張天文影像，更引發了一位科學工作者與其充滿好奇心的伴侶之間妙趣橫生的對話。

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