你是否曾好奇，小时候你站在漆黑院角，然后打开手电筒，光束穿透夜空的一瞬间，突然关闭手电筒后，那道明亮的光束去了哪里？

或者说这些瞬间消失的光束是不是有寿命，如果有的话，那有多长呢？

今天，我们就来探讨这个看似简单却充满科学奥秘的话题。

我们看到的光束，其实并不是光本身，而是光子在空气中遇到微粒（如尘埃、烟雾、微小水滴等）发生散射的结果。

当光束穿过这些微粒时，光子四处散射，部分光子进入我们的眼睛，于是我们就看到了手电筒发出的那道光。

然而，当我们关掉手电筒后，由于没有新的光子进入眼睛，光束自然就消失了。

这种消失并非光子不再存在，而是因为没有光子与空气中的微粒相互作用并进入我们的视线。

实际上，在手电筒关闭的一瞬间，之前发出的光子仍在沿着既定的方向继续传播，也就是说光子并没有凭空消失！

光子从激光的相干光束中射出

光子，作为电磁辐射的基本单元，是我们宇宙中所有光和能量的载体。

有一位名叫安娜-玛丽亚·加兰特的科学爱好者曾提出了一个引人深思的问题：“光子能否永生？它们会不会像其他粒子一样衰变，或者转换成别的东西？那些来自遥远宇宙事件的光子去了哪里？光子的生命周期究竟是什么？”

早在20世纪10年代，天文学家维斯托·斯利弗首次发现了一个令人震惊的现象：一些遥远的天体，其光谱特征发生了系统性的移动，向光谱的红色端偏移。

这种现象后来被解释为宇宙膨胀的证据——随着星系远离我们，它们的光线被拉伸，波长变长，表现为红移。

这一发现为我们理解光子的命运提供了一个新的视角。

宇宙的膨胀意味着，来自遥远星系的光子在抵达我们眼睛时，其波长已经被拉长，能量被削减。

这种现象引发了一个令人着迷的想法：如果光子不断地红移，它们的能量会不会最终归零，光子会不会因此消亡？

其实这个问题个复杂而深刻的问题，涉及到物理学的许多方面。根据目前的科学理解和标准物理模型，光子被认为是没有寿命的，即它们是稳定的粒子，不会自发衰变或消失。

我们继续回到刚才手电筒🔦的问题。

光可能以特定的波长发射，但是宇宙的膨胀会使它在旅行时拉长。当考虑到一个星系的光线是从130多亿年前到达的时候，紫外线中发出的光线会一直转移到红外线中。宇宙膨胀的速度越快，来自遥远物体的光线就会发生更大的红移，并且会变得更加暗淡。(图片来源: Larry McNish/RASC Calgary)

地球大气层中的氮气和氧气对可见光是透明的，而手电筒发出的光线主要集中在可见光波段，其波长范围一般是落在「360 - 400 nm~760 - 830nm」。

因此，在一个晴朗、空气透明度高的夜晚，这些光子可以直接穿过大气层，进入到无垠的宇宙空间。

那么，要理解光子的行为，我们首先需要了解它的双重身份——波粒二象性。

作为一种量子化的电磁波，光子具备波动性和粒子性两种性质。

从波动性的角度来看，光子实际上就是电磁波。

根据麦克斯韦电磁场方程组，变化的电场会激发出磁场，变化的磁场又会激发出电场，这种交替变化在真空中可以无损地传播，从而形成了电磁波。

而由于电磁场可以存在于真空中，并且其传播速度为光速，因此光子可以在宇宙中无限传播，无需任何额外动力。

这也解释了为什么光子可以从手电筒出发，一直在宇宙空间中以光速行进。

从粒子性的角度来看，光子是一种静止质量为零的基本粒子。

根据狭义相对论，静止质量为零的粒子只能以光速运动。而光子的半衰期是无限长的，这意味着它们可以在宇宙中无限地以光速传播，除非遇到障碍或被吸收。

因此，无论从波动性还是粒子性来看，只要手电筒发出的光子进入了宇宙空间，没有任何阻碍，它们就可以以光速永远传播下去。

这让我们不禁联想到，那些光子最终会飞向何方？它们会不会抵达宇宙的尽头？

我们需要认识到，宇宙的空旷程度远超我们的想象。科学家估算，宇宙中物质的平均密度大约相当于每立方米只有6个质子（注意是大尺度来看）。

这意味着，当光子在宇宙空间中传播时，遇到障碍的概率极低。再加上手电筒发出的光并非平行光束，而是发散的，随着距离增加，光子会越来越分散，因此有理由相信，这些光子中有一些会无休无止地在宇宙空间中传播。

然而，即便如此，它们也无法飞到宇宙的尽头。宇宙是否有尽头，这本身就是一个未解之谜。

一部分科学家认为宇宙是无边无际的，而另一部分则认为宇宙有某种尽头。如果宇宙是无边无际的，那么光子飞到尽头的说法就没有意义。

即使宇宙真的有尽头，这些光子也无法抵达那里。

另外，科学家发现，宇宙正处于持续膨胀的状态，远离我们的天体速度不断加快。

这种速度被称为“退行速度”，与距离成正比，也就是说，天体距离我们越远，它的退行速度就越快。

当宇宙膨胀时，物质(包括正常物质和暗物质)和辐射变得不那么密集，这是由于宇宙体积的增加，暗能量，以及膨胀时的场能量，是空间本身固有的一种能量形式。随着新的空间在膨胀的宇宙中被创造出来，暗能量密度保持不变。(图片来源: E. Siegel/Beyond the Galaxy)

根据哈勃定律，这种速度在一定距离后可以超过光速。

当距离超过约144亿光年时，天体的退行速度就会超过光速，而光速是无法追上超光速的。

这意味着，手电筒发出的光子即便能在宇宙中无限传播，也永远无法赶上这些超光速远去的天体，因而无法飞到宇宙的尽头。

结语：光的永恒之旅

在宇宙这个庞大的舞台上，一束手电筒发出的光线只是短暂一瞬的存在，但它所携带的光子却可能展开一段永恒的旅程。

这些光子将继续在宇宙中传播，越过遥远的星系和星尘，尽管它们无法到达所谓的宇宙尽头，但它们将永远在宇宙的无垠空间中行进，成为宇宙演化的见证者。

这也让我们意识到，宇宙的广袤和神秘远远超出我们的想象，而那一束微弱的光在宇宙中虽然渺小，却承载着无尽的物理奥秘，激发我们去探索更多未知的领域。

光的旅程，实际上就是我们对宇宙无尽探索的象征。