Question

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？

Answer 1

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？

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。

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。

我们可以把宇宙看做是一个气球，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。

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。