人类对光总是有不同的感受。早在战国时期，墨子就发现了光的反射规律，同时建立了中国的光学系统；圣经旧约创世记一章写道，地球是黑暗和混乱的，直到上帝说：有光。”于是有了光。上帝将光与暗分开，称光为昼，称暗为夜。这因此，在当时的西方，人们相信上帝创造了光，只有在有光的时候，人类才会诞生，万物才会诞生和成长。

人类对光的需求从一开始就开始了。光是人类生存的必需品，也是自然存在的基础。然而，夜晚的来临总会消散光明，身处黑暗之中是非常危险的，充满了未知，比如远古时代。期间，南方古猿的天敌会在黑夜中出现。人类为了留住光明，慢慢地产生了现在人类社会所必需的手电筒、油灯、电灯，也使人类从原始走向文明。

点燃文明之光

并且由于各个民族的传承和认知不同，各个文化中光的颜色也不同。在中国古代，光被认为是红色和黄色。但是，由于古代黄色一般是皇帝独有的，所以平民百姓通常使用红色。比如婚宴、寿宴等，都会挂上大红灯笼，很有中国特色。在西方，“光文化”的传承主要是冷白。他们的婚礼所用的婚纱是白色的，婚车上也挂着白色的丝绸。

中国人认为“红灯”代表喜庆吉祥

什么是光？

抛开人类社会赋予光的所有意义，光究竟是什么？在物理学的概念中，光是特定频带内的光子流。当光源中的电子有多余的能量时，它们就会发光，当能量不足时，电子会加速并以波的形式释放能量。同时，如果轨道上的空位在跃迁后能被填补，则成为稳定状态。如果空位没有被填满，电子就会跳回到原来的位置，再次释放能量。

光子流

同时，基于各种研究和连续实验，人类还有四个更重要的特征。一是光沿直线传播。比如我们选择晴天，出去观察时可以看到直射光束，还有小洞成像、阴影形成、日食和月食。

二是光以波的形式传播，如湖面被风吹起涟漪。不同波长的光也会呈现不同的颜色。荷兰物理学家惠更斯提出了光的波动理论，但当时支持他的人并不多。直到19世纪，科学家们才完成了光的双缝干涉实验，证明了波动理论的正确性。

光波

第三是光速非常快。真空中的空气比空气中的空气慢。在水中或通过玻璃，光在具有较高折射率的介质中的传播速度甚至更高，如上述。减缓。

四是光的能量被量子化了。光的能量子称为光量子，简称光子。爱因斯坦通过光电效应实验证明了光具有粒子的性质，于是提出了光量子理论，并将其与波动理论相结合。同时，人们对光有更清晰的感知。

光量子

光年是什么概念？

虽然说是“年”，看起来是时间单位，但实际上光年是长度单位，即光在真空中沿直线行进一年的距离宇宙，称为光年。一光年的距离等于9460730472580800米。光年通常用于计算宇宙中天体之间的距离，例如太阳与另一颗恒星之间的距离。

美国最快的飞机可以达到每小时 11,260 公里的速度，在这个速度下，大约需要 95,848 年才能行驶一光年的距离。目前，最快的人造物体还是在1970年代。美国和德国联合制造和发射的Helio-2卫星最高时速为252792公里，也需要大约4000年的时间旅行。如此长的时间足以让人类再次进化。

Helio-2 卫星

事实上，在1676年之前，人类认为光的传播不需要时间。 1676年，丹麦科学家罗默率先提出了一个想法：光的传播需要时间。然而，直到18世纪，科学界才普遍接受了这一观点，并获得了近似的光速。 1838年，德国天文学家使用“光年”作为天文测量单位。现在，人类可以观测到的宇宙范围已经超过了100亿光年。

除了代表距离单位之外，光年实际上代表了我们在多少年前看到的这颗遥远的恒星或星系。因为人类是通过可见光来感知物体的，人的眼睛只能被动地接受光源或光的反射，而光的传播速度虽然很快，但它的传播也需要时间，而我们所看到的其实只是经过在它到达我们的眼睛之前已经过去了一段时间。

光的传播

换句话说，我们看到一光年外的行星实际上是一年前的样子。通过望远镜等设备，人类可以看到130亿光年最远的星系，也就是说我们现在看到的星系实际上是130亿光年以来的样子。如果以现在的样子来看，应该是130亿年以后。

人文视角

走一年的距离，真的需要一年吗？

事实上，人类估计的光年是光在不受引力和磁场干扰的完美环境中直线传播的速度。然而，浩瀚的宇宙并不是完全真空的。宇宙中有恒星、星云、陨石。 、宇宙尘埃等物质。光在不同介质中的传播速度是不同的。理论上，真空中的传播速度是最快的，但宇宙中的各种物质都会成为光传播的“绊脚石”。

宇宙不是“空的，而是很满的”

从量子场论的角度来看，当光进入介质时，光子需要与原子相互作用，这个动作需要一定的时间。原子会吸收光子，然后被激发后释放光子。这个过程会导致时间被拉长，也就是一光年的距离，实际上光的传播需要一年多的时间。

宇宙中有许多巨大的天体，直线光穿过这些天体时，不可避免地会发生偏转。理论上，光没有质量，不会受到引力场的影响，但实际上，光是会发生偏折的。当受到引力偏转时，大质量天体会扭曲光的直线，暗物质和黑洞也会影响光的传播，加剧了其传播的复杂性。例如，黑洞的引力场太大。光严重扭曲，无法逃脱，黑洞周围自然没有光。

黑洞

宇宙视角

事实上，从宇宙的角度来看，光子本身是没有时间概念的。以光速运动的光子可以瞬间到达任何地方，它的时间被拉长到无限长。对于光子来说，它的时间系统和它刚开始的时候完全一样。没有时间计算，即使是普朗克时间。

爱因斯坦的相对论认为时间和空间是一个不可分割的整体。它们共同构成了时空的维度，也使我们的空间成为了四维空间。因此，当一个物体移动得越来越快时，它周围的时间就会越来越慢。这就是时间膨胀效应，也称为时钟慢效应。

时间受物体运动速度的影响

在相对论建立之前，人类相信时间的流逝是绝对的，对所有人来说都是一样的，无论在宇宙的哪个地方，处于什么运动状态，时间都不会改变。然而，爱因斯坦的相对论提出后，他告诉世界，时间是相对的，与观察者的状态有关。这就是他们当中“相对”的意思。与相对论的狭义和广义相同，钟慢效应也有狭义和广义的区别。狭义的不涉及重力的存在，而广义的涉及重力。

爱因斯坦与相对论

狭义相对论表明，如果地球上有两个时钟，一个是静止的，另一个在运动，那么这两个时钟显示的时间也会不一致——运动的时钟会比静止的时钟快，并且运动的速度越快，显示的时间越慢。

假设运动的时钟速度为每秒7.9公里，这也被称为第一宇宙速度。在此基础上，移动的时钟每天会比静止的时钟慢 30 微秒，变化很小。人类很难感知这种微弱的时钟慢效应。而当速度接近光速时，例如，当一个移动时钟的速度达到光速的99.5%时，时钟慢化效果就变得明显，比静止时钟慢10倍。如果速度达到光速的 99.9999995%，那么移动的时钟就比静止的时钟慢 10000 倍！

光束运动

为了验证时钟慢效应，科学家们在分别向东和向西飞行的两架客机上放置了两个铯原子钟。最后，通过与美国天文台的时钟进行对比，他们发现这两个时钟在飞机上移动。两者都比天文台的时钟慢。这一切也都证实了，当光以光速传播时，时间是静止的。因此，光传播一光年的距离对它来说只是一瞬间。

铯原子钟

亚光速

一般认为光速是世界上最快的速度，而目前人类根本无法达到这个速度，而光速的运动需要巨大的能量，而人类无法提供。目前，每个国家和组织只能将单个粒子加速到亚光速，接近光速。

当一个物体的速度大于光速的90%，但不超过光速时，我们称这个物体的速度为亚光速，即亚光速约为 270,000,000m/s~299,792,458m/ s 之间的范围。根据目前的理论，在轨道炮的帮助下，人类理论上可以达到亚光速。

综上所述

人类对世界甚至宇宙的了解太少。我们还需要了解更多的知识，发现更多的真理。相对论的提出，也给人一种时间旅行的错觉。他们相信一个物体可以让时间以光速静止，然后一个物体可以以接近光速的速度来到未来。英国物理学家斯蒂芬霍金写了一篇相关文章，称穿越时间在理论上是可行的，但是：“人可以穿越未来，但不能穿越过去！”因为回到过去违反了基本的因果关系。

穿越时空，终究只是人们美好的幻想

爱因斯坦认为，在三维速度中，物体不可能超过光速，但四维速度是无限的，光速只是最小的速度。但就人类技术而言，目前最快的载人飞船是“阿波罗”10号。如果要实现时间旅行，速度必须达到阿波罗10号速度的27000倍。

阿波罗 10 号飞船

这是人类无法实现的事情，但技术还在不断发展，未来会怎样，谁也不知道。或许在很久很久以后，人类才能成功接近甚至达到光速，而穿越时空的科幻梦想，终将在未来实现。

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