光子永不死亡，就會越積越多，但太空為何依然黑暗？

光子是電磁波的媒介，從基本的物理原理來看，光子是電磁輻射的量子，是傳遞電磁相互作用的基本粒子。電磁波譜包含著長可大于上萬千米波長的無線電波，短至小于0.01納米波長的伽馬射線，其中可見光波長約在380納米到760納米之間。這些電磁波不管波長長短能量大小，都是通過光子來傳播的。因此都可以稱為“光”，只不過可分為可見光和不可見光。

與許多有質量、會發生衰變從而具有有限壽命的粒子不同，光子的靜止質量為零。根據愛因斯坦的相對論能量公式E = mc^2（對于光子，m = 0，但E = h\nu，其中h是普朗克常量，\nu是頻率），光子以恒定的光速運動，其能量由頻率決定。由于沒有內部結構可供衰變，且不存在導致其消失的自發過程，所以只要不與其他物質相互作用并被吸收，光子就會一直存在。

因此，在物理學的奇妙世界里，光子是極為特殊的存在，它們沒有傳統意義上的壽命。

光子在真空中的運動速度為每秒約30萬千米，這就是所謂光速，也是電磁波的傳播速度。愛因斯坦的狹義相對論論證了時間是相對的，具有尺縮鐘慢效應，也就是說運動速度越快，尺度就越短，時間就過得越慢；直到光速，空間尺度成為零，時間停止。

從這個意義上來說，宇宙對光子來說是沒有距離的，即便930億光年尺度的可觀測宇宙，乃至比這更大的不可觀測宇宙，對光子來說尺度都為零，都能瞬間到達宇宙每個角落。這似乎是一個悖論，因為930億光年尺度的宇宙，光也要走930億年，怎么會尺度為零呢？

這就涉及到相對論的鐘慢效應了。狹義相對論認為，在運動速度中，時間會發生膨脹，速度較慢時這種膨脹效應很小，可以忽略不計，但速度越高，膨脹得就越大，越接近光速膨脹得就越明顯，達到光速時間停止。這樣，對于以光速運動的光子來說，就不存在時間概念了。

沒有了時間，從光子的感覺來說（如果光子有感覺的話），再大的宇宙也就沒有了尺度，任何角落都可以瞬時到達。但作為低速狀態下的觀測者~人類來說，光速在宇宙空間中傳遞還是有限的，需要時間傳播的，一光年就是光走一年的距離，可觀測宇宙有的直徑有930億光年，光要穿越這個尺度也需要930億年。

世界萬物，包括組成萬物的所有元素，都是有壽命的，有的壽命長，有的壽命短。如半衰期最長的元素是鉍209，其半衰期為（1.9 +/- 0.2 ) x 10^19年，也就是約10億億年；半衰期最短的元素是砹213，其半衰期僅為0.000000125秒。迄今為止，人類發現壽命最短的物質是Z玻色子，產生后大概經歷10^-25秒數量級的時間就會衰變。

但光子的運動速度為光速，沒有了時間概念，也就沒有了壽命概念，就是永生。這樣，理論上光子一經誕生就不會死，直到天荒地老宇宙毀滅。既然如此，從宇宙大爆炸以來，光子就不斷地產生著，恒星核聚變、超新星爆發、天體碰撞都源源不斷的產生著光子，那么光子豈不越來越密集，如今應該充塞著整個宇宙，宇宙豈不越來越亮？

那為什么如今的宇宙除了恒星星系之光，更廣闊的空間卻被黑暗吞噬呢？

這是因為從大爆炸開始那一刻，宇宙就一直在膨脹，根據哈勃定律，星系遠離我們的速度與觀測者距離成正比，也就是說距離我們越遠的星系退行速度就越快，足夠遠的距離，其退行的速度就超越光速，這些星系的光就永遠也無法到達地球，也就無法被人類觀測到。這樣，我們觀測到的只有有限的恒星之光，整個宇宙空間就不可能被全部照亮。

從另一個角度說，由于宇宙不斷膨脹，光在傳播中會發生紅移現象，也就是光波越拉越長，能量越來越降低，就越來越難以被觀測到。從這種意義上來說，太遙遠星系傳過來的光就“消失”了，由此導致宇宙空間看起來就是漆黑的。

此外，光子雖然不會自然衰變和消失，但光會與物質發生相互作用而轉化。比如兩個光子在極高能量下碰撞，可以形成正負電子對，這樣光子就轉化成為其他物質了；再者，宇宙空間并完全真空，存在著大量星際介質，如氫氣氦氣等組成的星際塵埃，還有恒星和行星，光在傳播中遇到這些物質就會被吸收和反射、散射、折射，能量就會被轉化和消耗掉，輻射的方向也會發生偏轉。

因此，光子雖然壽命無限，但并非每一個光子都能夠以本來面目永遠存在下去，其能量也會由于傳播距離而逐漸損耗變得暗淡無光。但正是由于光子無時間概念這個性質，給人類觀測宇宙提供先天自然條件，讓人類通過各種觀測設備儀器，能夠看到來自百億光年距離的天體，洞悉宇宙的奧秘。

時空通訊原創文章，請尊重作者版權，感謝閱讀。