人類對光總是有不同的感受。早在戰國時期，墨子就發現了光的反射規律，同時建立了中國的光學系統；聖經舊約創世記一章寫道，地球是黑暗和混亂的，直到上帝說：有光。”于是有了光。上帝将光與暗分開，稱光為晝，稱暗為夜。這因此，在當時的西方，人們相信上帝創造了光，隻有在有光的時候，人類才會誕生，萬物才會誕生和成長。

人類對光的需求從一開始就開始了。光是人類生存的必需品，也是自然存在的基礎。然而，夜晚的來臨總會消散光明，身處黑暗之中是非常危險的，充滿了未知，比如遠古時代。期間，南方古猿的天敵會在黑夜中出現。人類為了留住光明，慢慢地産生了現在人類社會所必需的手電筒、油燈、電燈，也使人類從原始走向文明。

點燃文明之光

并且由于各個民族的傳承和認知不同，各個文化中光的顔色也不同。在中國古代，光被認為是紅色和黃色。但是，由于古代黃色一般是皇帝獨有的，所以平民百姓通常使用紅色。比如婚宴、壽宴等，都會挂上大紅燈籠，很有中國特色。在西方，“光文化”的傳承主要是冷白。他們的婚禮所用的婚紗是白色的，婚車上也挂着白色的絲綢。

中國人認為“紅燈”代表喜慶吉祥

什麼是光？

抛開人類社會賦予光的所有意義，光究竟是什麼？在物理學的概念中，光是特定頻帶内的光子流。當光源中的電子有多餘的能量時，它們就會發光，當能量不足時，電子會加速并以波的形式釋放能量。同時，如果軌道上的空位在躍遷後能被填補，則成為穩定狀态。如果空位沒有被填滿，電子就會跳回到原來的位置，再次釋放能量。

光子流

同時，基于各種研究和連續實驗，人類還有四個更重要的特征。一是光沿直線傳播。比如我們選擇晴天，出去觀察時可以看到直射光束，還有小洞成像、陰影形成、日食和月食。

二是光以波的形式傳播，如湖面被風吹起漣漪。不同波長的光也會呈現不同的顔色。荷蘭物理學家惠更斯提出了光的波動理論，但當時支持他的人并不多。直到19世紀，科學家們才完成了光的雙縫幹涉實驗，證明了波動理論的正确性。

光波

第三是光速非常快。真空中的空氣比空氣中的空氣慢。在水中或通過玻璃，光在具有較高折射率的介質中的傳播速度甚至更高，如上述。減緩。

四是光的能量被量子化了。光的能量子稱為光量子，簡稱光子。愛因斯坦通過光電效應實驗證明了光具有粒子的性質，于是提出了光量子理論，并将其與波動理論相結合。同時，人們對光有更清晰的感知。

光量子

光年是什麼概念？

雖然說是“年”，看起來是時間單位，但實際上光年是長度單位，即光在真空中沿直線行進一年的距離宇宙，稱為光年。一光年的距離等于9460730472580800米。光年通常用于計算宇宙中天體之間的距離，例如太陽與另一顆恒星之間的距離。

美國最快的飛機可以達到每小時 11,260 公裡的速度，在這個速度下，大約需要 95,848 年才能行駛一光年的距離。目前，最快的人造物體還是在1970年代。美國和德國聯合制造和發射的Helio-2衛星最高時速為252792公裡，也需要大約4000年的時間旅行。如此長的時間足以讓人類再次進化。

Helio-2 衛星

事實上，在1676年之前，人類認為光的傳播不需要時間。 1676年，丹麥科學家羅默率先提出了一個想法：光的傳播需要時間。然而，直到18世紀，科學界才普遍接受了這一觀點，并獲得了近似的光速。 1838年，德國天文學家使用“光年”作為天文測量單位。現在，人類可以觀測到的宇宙範圍已經超過了100億光年。

除了代表距離單位之外，光年實際上代表了我們在多少年前看到的這顆遙遠的恒星或星系。因為人類是通過可見光來感知物體的，人的眼睛隻能被動地接受光源或光的反射，而光的傳播速度雖然很快，但它的傳播也需要時間，而我們所看到的其實隻是經過在它到達我們的眼睛之前已經過去了一段時間。

光的傳播

換句話說，我們看到一光年外的行星實際上是一年前的樣子。通過望遠鏡等設備，人類可以看到130億光年最遠的星系，也就是說我們現在看到的星系實際上是130億光年以來的樣子。如果以現在的樣子來看，應該是130億年以後。

人文視角

走一年的距離，真的需要一年嗎？

事實上，人類估計的光年是光在不受引力和磁場幹擾的完美環境中直線傳播的速度。然而，浩瀚的宇宙并不是完全真空的。宇宙中有恒星、星雲、隕石。 、宇宙塵埃等物質。光在不同介質中的傳播速度是不同的。理論上，真空中的傳播速度是最快的，但宇宙中的各種物質都會成為光傳播的“絆腳石”。

宇宙不是“空的，而是很滿的”

從量子場論的角度來看，當光進入介質時，光子需要與原子相互作用，這個動作需要一定的時間。原子會吸收光子，然後被激發後釋放光子。這個過程會導緻時間被拉長，也就是一光年的距離，實際上光的傳播需要一年多的時間。

宇宙中有許多巨大的天體，直線光穿過這些天體時，不可避免地會發生偏轉。理論上，光沒有質量，不會受到引力場的影響，但實際上，光是會發生偏折的。當受到引力偏轉時，大質量天體會扭曲光的直線，暗物質和黑洞也會影響光的傳播，加劇了其傳播的複雜性。例如，黑洞的引力場太大。光嚴重扭曲，無法逃脫，黑洞周圍自然沒有光。

黑洞

宇宙視角

事實上，從宇宙的角度來看，光子本身是沒有時間概念的。以光速運動的光子可以瞬間到達任何地方，它的時間被拉長到無限長。對于光子來說，它的時間系統和它剛開始的時候完全一樣。沒有時間計算，即使是普朗克時間。

愛因斯坦的相對論認為時間和空間是一個不可分割的整體。它們共同構成了時空的維度，也使我們的空間成為了四維空間。因此，當一個物體移動得越來越快時，它周圍的時間就會越來越慢。這就是時間膨脹效應，也稱為時鐘慢效應。

時間受物體運動速度的影響

在相對論建立之前，人類相信時間的流逝是絕對的，對所有人來說都是一樣的，無論在宇宙的哪個地方，處于什麼運動狀态，時間都不會改變。然而，愛因斯坦的相對論提出後，他告訴世界，時間是相對的，與觀察者的狀态有關。這就是他們當中“相對”的意思。與相對論的狹義和廣義相同，鐘慢效應也有狹義和廣義的區别。狹義的不涉及重力的存在，而廣義的涉及重力。

愛因斯坦與相對論

狹義相對論表明，如果地球上有兩個時鐘，一個是靜止的，另一個在運動，那麼這兩個時鐘顯示的時間也會不一緻——運動的時鐘會比靜止的時鐘快，并且運動的速度越快，顯示的時間越慢。

假設運動的時鐘速度為每秒7.9公裡，這也被稱為第一宇宙速度。在此基礎上，移動的時鐘每天會比靜止的時鐘慢 30 微秒，變化很小。人類很難感知這種微弱的時鐘慢效應。而當速度接近光速時，例如，當一個移動時鐘的速度達到光速的99.5%時，時鐘慢化效果就變得明顯，比靜止時鐘慢10倍。如果速度達到光速的 99.9999995%，那麼移動的時鐘就比靜止的時鐘慢 10000 倍！

光束運動

為了驗證時鐘慢效應，科學家們在分别向東和向西飛行的兩架客機上放置了兩個铯原子鐘。最後，通過與美國天文台的時鐘進行對比，他們發現這兩個時鐘在飛機上移動。兩者都比天文台的時鐘慢。這一切也都證實了，當光以光速傳播時，時間是靜止的。因此，光傳播一光年的距離對它來說隻是一瞬間。

铯原子鐘

亞光速

一般認為光速是世界上最快的速度，而目前人類根本無法達到這個速度，而光速的運動需要巨大的能量，而人類無法提供。目前，每個國家和組織隻能将單個粒子加速到亞光速，接近光速。

當一個物體的速度大于光速的90%，但不超過光速時，我們稱這個物體的速度為亞光速，即亞光速約為 270,000,000m/s~299,792,458m/ s 之間的範圍。根據目前的理論，在軌道炮的幫助下，人類理論上可以達到亞光速。

綜上所述

人類對世界甚至宇宙的了解太少。我們還需要了解更多的知識，發現更多的真理。相對論的提出，也給人一種時間旅行的錯覺。他們相信一個物體可以讓時間以光速靜止，然後一個物體可以以接近光速的速度來到未來。英國物理學家斯蒂芬霍金寫了一篇相關文章，稱穿越時間在理論上是可行的，但是：“人可以穿越未來，但不能穿越過去！”因為回到過去違反了基本的因果關系。

穿越時空，終究隻是人們美好的幻想

愛因斯坦認為，在三維速度中，物體不可能超過光速，但四維速度是無限的，光速隻是最小的速度。但就人類技術而言，目前最快的載人飛船是“阿波羅”10号。如果要實現時間旅行，速度必須達到阿波羅10号速度的27000倍。

阿波羅 10 号飛船

這是人類無法實現的事情，但技術還在不斷發展，未來會怎樣，誰也不知道。或許在很久很久以後，人類才能成功接近甚至達到光速，而穿越時空的科幻夢想，終将在未來實現。

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