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打开手电筒1秒后立即关闭,发出的光能照射到宇宙边缘吗?

光会消失还是继续飞行

我们知道,哈勃望远镜可以观测到的目标最远是距离地球130亿光年的原始星系,也就是说,来自130亿光年的光子都能够照射到地球上。

既然如此,如果我们用一个手电筒,打开1秒之后立即关闭,那么这束光是消失了还是会继续飞行,如果能够继续飞行的话,那么这束光是否能够飞到宇宙边缘?

光会消失还是继续飞行

在牛顿生活的时代,人们对于光是波还是粒子争论不休,而牛顿认为光是一种粒子,原因是因为光能够被反射,说明它具有粒子性。牛顿虽然在当时已经是大佬,但也有人反对他,认为光是一种波,原因是光的衍射。

粒子论和波论谁也无法说动谁,但由于牛顿神一样的地位,以至于在当时光是一种粒子占据了上风。

再后来,麦克斯韦提出了麦克斯韦方程,统一了电与磁,并预言光是一种电磁波。后来赫兹通过实验证明了光是一种电磁波。

此时,牛顿和麦克斯韦之间出现了一个不可调和的矛盾:光究竟是波还是粒子。事实上无论是哪个回答,人们都有足够的证据支持。

为了解释这个无法调和的问题,爱因斯坦将两者结合了起来,并在1905年发表了《有关光的产生与转换的一个试探性观点》,提出了光量子假说,并且揭开了光的波动性和粒子性的两元特性。后来,德布罗意提出了“物质波”假说,他认为一切物质和光一样具有波粒二象性。

由于这个理论和人们认知的不符合,所以在当时有很多科学家反对,其中就包括物理学家罗伯特.密立根,他为了反驳爱因斯坦,做了大量光电实验,令人意外的是他的结果却证实了爱因斯坦理论的正确性。

后来,爱因斯坦凭借光电效应获得了诺贝尔奖,而物理学家罗伯特.密立根也紧随其后拿到了诺贝尔奖。

通过这个实验,我们能够知道,由于光具有粒子性,而且光子的静止质量是0,半衰期无限长。因此当我们打开手电筒时,只要没有物体的阻隔,手电筒发射的光子就可以以光速一直飞行。但由于手电筒发射的光子较少,如果遇到阻挡可能会被吸收,以至于最后会消失。实际上,我们发射的光子不可能穿越大气层,因为大气层有很多物质,这些物质会吸收或者反射光子。

光子能够达到宇宙的边界吗?

想要了解光子能不能达到宇宙的边界,我们首先要知道宇宙有没有边界。在哈勃之前,人们一直认为宇宙是静态宇宙,宇宙的空间既不会变大,也不会缩小。

但哈勃通过望远镜观测到了星系红移现象,这意味着宇宙可能正在膨胀。原因很简单,如果只有一两个星系远离地球,那么它们红移的速度应该有区别,而且也应该有其他星系靠近地球才是,然而哈勃却发现离地球越远的星球红移现象越严重,这意味着并不是星系在运动,而是宇宙的空间在整体运动。

我们可以把宇宙看作是一个气球,如果在气球上画满了点,每一个点代表一个星系,那么当我们把气球吹大时,星系之间的距离就会增大。

后来人们根据哈勃的发现,向后倒推认为这些星系可能之前彼此距离非常近,甚至宇宙有可能存在着一个奇点,并根据这些提出了宇宙大爆炸理论。

宇宙大爆炸后,宇宙开始膨胀,但是膨胀的速度并不是固定的。

按照宇宙大爆炸理论,宇宙在极其短的时间内,空间从芝麻大的空间,扩大到可观测宇宙那么大(直径930亿光年),再把可观测宇宙看成是一粒芝麻,然后再扩大到可观测宇宙那么大。之后,由于引力的存在,使得宇宙开始减速膨胀。

然而,现在科学家们观测到,宇宙中不仅仅只有引力,还有一种不参与电磁反应的暗物质、暗能量,之所以叫做暗物质、暗能量是因为目前我们无法观测到它们,只知道暗物质提供了引力,而暗能量提供了斥力。

由于目前暗能量占据了主导地位,所以使得宇宙开始加速膨胀,而且宇宙膨胀的速度超过了光速。这意味着,如果我们现在打开手电筒,即便是光子可以从地球上飞出去(实际上这是不可能发生的),也永远达不到宇宙边界。

总结

生活中常见的问题,其实答案一点儿也不简单。手电筒光能否触达到宇宙边缘的问题,就包含着:光的性质、宇宙大爆炸、暗物质暗能量等理论。通过这些理论,我们能够得出一个结论:手电筒的光无法触达宇宙的边缘,因为宇宙膨胀的速度已经超过了光速。

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