人類對於光，總有著一種別樣的情懷。中國早在戰國時期，墨子就發現了光的反射定律，同時建立起來了中國的光學體系；《聖經》舊約裡的創世紀篇章中有寫，大地是黑暗混沌的，直到神說：“要有光。”於是就有了光。神將光和暗分開，並且將光稱為晝，將暗稱為夜，這就是頭一日。因此在當時的西方，人們認為是上帝創造了光，而有光，才有了人類，有了萬物的誕生與生長。

人類對光的需求是從誕生之初就開始的，光是人類生存的必需品，也是大自然存在的根本，但是夜晚的來臨總會驅散光，而身在暗處非常危險且充滿未知，比如遠古時期，南猿的天敵就會在漆黑的夜晚出沒。人類為了留住光，慢慢生產出了火把、油燈，以及現在人類社會必備的電燈，這也使得人類從原始走向了文明。

點燃文明的光亮

而因為各個民族的傳承和認知不同，光在各個文化的顏色也不一樣。古時候的中國認為光是紅色和黃色的，然而由於古代的黃色一般被皇帝所獨有，所以老百姓通常使用的是紅色，比如結婚、壽宴等，都會擺上大大的紅燈籠，具有著鮮明的中國特色。而西方對於“光文化”的傳承則是以冷白色為主，他們結婚的婚紗用的便是白色，婚車也掛著白色的綢緞。

中國人認為“紅光”代表喜悅吉利

光是什麼？

拋開人類社會中賦予給光的種種含義，它究竟是什麼呢？在物理概念中，光是一種處於特定頻段的光子流。當光源中的電子有了額外的能量，就能發出光，而當能量不足，電子就會加速運動，以波的形式釋放出能量。同時，躍遷之後如果能夠填補軌道上面的空位，變成了穩定態。如果並沒有填補空位，電子就會再次躍遷回去之前的地方再釋放能量。

光子流

同時人類根據各種研究和不斷的實驗發現，光擁著四個較為重要的特徵。一是光是呈直線傳播，比如選擇一個晴朗的白天，我們外出觀察，就能看見筆直的光柱，還有小孔成像、影子的形成，以及日月食都能說明這個事實。

二是光以波的形式傳播，就比如湖面上被風吹動的波紋，不同的波長，光也就會呈現出不同的顏色。荷蘭物理學家惠更斯提出了光的波動說，然而在當時並沒有很多人支援他，直到19世紀才有科學家完成了光的雙縫干涉實驗，證明了波動說的正確性。

光波

三是光的速度非常快，在真空中的空氣比在空氣中的要慢一些，而在水中，或者穿透過玻璃，類似上面這樣折射率更大的介質中，光的傳播速度還要更慢。

四是光的能量是量子化的，光的量子被人們叫做光量子，簡稱光子，愛因斯坦透過光電效應的實驗，證明了光具有粒子的屬性，因此提出了光量子說，並且與波動說結合到了一起，人們也因此對光的認知更加清晰了。

光量子

光年又是什麼概念？

雖然說是“年”，看起來像一個時間的單位，但其實光年是長度單位，就是光在宇宙真空環境下，沿直線經過一年時間的距離，叫做光年。一光年的距離就等於9460730472580800米。光年一般用來計算在宇宙中天體之間的距離，比如太陽與另外一個恆星之間的距離是多少。

美國最快的飛機可以達到11260千米/小時的時速，而按照這個速度，需要花大約95848年的時間才能走過一光年的距離。而目前來說人造的最快速度物體還是上個世紀的70年代，美國和德國聯合制造發射的Helio-2衛星，最高速度為每小時252792千米，這也需要花費4000年左右的時間才能走過一光年，時間之久，足以人類再一次進化了。

Helio-2衛星

事實上，在1676年以前，人類都認為光的傳播不需要時間。1676年丹麥的一位科學家羅默率先提出了設想：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，並且得出了大概的光速，1838年，德國天文學家使用了“光年”作為天文學測量單位。而現在，人類能夠觀測到的宇宙範圍，已經超過100億光年了。

除了代表距離單位，光年其實還代表我們看到這顆遙遠的恆星或者星系多少年前的樣子。因為人類是透過可見光來感受到物體的，人的眼睛只能被動接受光源或者光的反射，而光的傳播速度雖然非常快，但是它的傳播也是需要時間的，而我們看到的東西，其實都是光經過了一定的時間以後，才傳遞到我們眼裡的。

光線的傳播

也就是說，我們看到的一光年外的星球，其實是它1年前時候的模樣。透過望遠鏡等一些裝置，人類能夠看到最遠的星系大概在130多億年，這也就意味著，我們現在所看到的星系，其實是它130億多年的樣子，如果我們想要看到它現在的模樣，就要等到130億多年以後了。

• 人類角度

光走一年的距離，真的要花一年的時間嗎？

事實上，人類測算的光年是光呈直線傳播的速度，並且處在無引力場和磁場的干擾的完美環境，但是龐大的宇宙中並不是完全真空的，宇宙中存在著星體、星雲、隕石、宇宙塵埃等物質。而光在不同的介質下傳播的速度不同，理論上在真空中傳播速度是最快但宇宙中的各種各樣的物質會成為光前進路上的“絆腳石”。

宇宙並不“空反而很滿

從量子場論觀點來看的話，光射入介質當中，光子要與原子發生相互作用，而這個作用是需要一定的時間的，原子會吸收光子，被激發後再去釋放光子，這個過程會導致時間延長，也就是說，距離一光年，實際上光需要走的時間要大於一年。

而宇宙中有著許多的大質量天體，而直線的光在經過這些天體時，難免會產生偏折，理論上來講光是沒有質量的，不會受到引力場的影響，但是實際上，光是會受到引力的作用發生偏折的，大質量的天體會把光線的直線扭曲，並且暗物質和黑洞同樣也會對光的傳播造成影響，加劇了其傳播的複雜性，比如黑洞的引力場過大，光的路徑會被嚴重扭曲，導致無法脫離，黑洞周圍自然就沒有光了。

黑洞

• 宇宙角度

其實從宇宙的角度來說，光子本身是沒有時間的概念的，處在光速運動下的光子只需要瞬間，就能去到任何地方，它的時間已經被拉到無限長了。對光子而言，它的時間體系和最開始出發的時候是一模一樣的，是沒有任何一個時間可以計算的，哪怕是一個普朗克時間。

愛因斯坦的相對論認為，時間與空間是一個不可被分割的整體，它們一起組成了時空這個維度，這也令我們的空間變成了四維空間。也因此，當一個物體運動的速度越來越快，它周圍的時間也就會越來越慢，這就是時間膨脹效應，同樣也被稱為鐘慢效應。

時間受物體運動速度影響

在相對論被創立之前，人類認為時間的流逝是絕對的，對於所有人都是一樣的，無論是在宇宙中的何處，還是處在什麼樣的運動狀態下，時間永恆不變。然而愛因斯坦的相對論提出以後，卻告訴了世人：時間是相對的，是與觀察者的狀態有關係的。這也就是其中“相對”的含義。與相對論的狹義和廣義相同的是，鐘慢效應也有著狹義和廣義的區別。狹義不涉及到引力的存在，而廣義涉及到引力。

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，一個是運動的，那麼兩個時鐘顯示出來的時間也就不一致——運動的時鐘會比靜止的時鐘更快，並且運動的速度越快，顯示出來的時間也就越慢。

假設運動的時鐘速度為每秒7.9千米，這也被人們稱為是第一宇宙速度。在這個基礎上，運動時鐘每天會比靜止時鐘慢30微秒，變化極小，人類平時很難感知到這種微弱的鐘慢效應。而當速度接近光速時，比如當運動時鐘的速度達到光速的99.5%時，鐘慢效應就開始明顯了起來，比靜止時鐘慢了10倍，如果當速度達到光速的99.9999995%，運動時鐘則比靜止時鐘慢了足足有10000倍！

光束運動

為了驗證鐘慢效應，科學家們將兩個銫原子鐘放在了兩架分別向東和西方向飛行的客機上面，最後透過與美國天文臺的時鐘進行對比，發現在飛機上經過了運動的兩個時鐘都比在天文臺上的時鐘慢。這些也都證實了，當光以光速前進，時間就會如同靜止一般，也因此，光前進一光年的距離，對它而言只是一瞬間而已。

銫原子鐘

亞光速

人們普遍認為光速是世界上最快的速度，人類目前來說根本無法達到這種速度，並且光速運動是需要極大的能量的，而這種能量，人類無法提供。就目前來說，各個國家和組織只能做到將單個的粒子，加速到亞光速，即為接近於光速的速度。

當一個物體的速度大於光速的90%，但是並沒有超過光速的時候，我們就把這個物體的速度稱為亞光速，也就是說，亞光速的速度大概是在270,000,000m/s~299,792,458m/s之間的範圍。而根據目前的理論，透過軌道炮的輔助，人類可以將物體在理論上達到亞光速。

即使是亞光速也很快

結論

人類對於世界乃至宇宙的認知都太少了，我們還需要了解更多的知識，發現更多的真理。相對論的提出也令人們產生了時光穿梭的幻想，他們認為一個物體在光速下可以使時間靜止，那麼一個物體在接近光速的速度下，就能夠來到未來。英國物理學家斯蒂芬·霍金髮表了相關文章，表示穿梭時光理論上是可行的，但是：“人可以穿越未來，不可穿越過去！”因為回到過去，就違反了基本的因果論。

穿越時空終究只是人們的美好幻想

愛因斯坦認為，在三維速度中，不可能有物體超過光速，然而四維速度是無窮大的，光速只是最小的速度。但是按照人類的技術而言，目前來說速度最快的載人飛船是“阿波羅”10號，如果要實現時間旅行，那麼速度就要達到阿波羅10號速度的27000倍。

阿波羅十號飛船

這是人類還無法做到的，但是科技還在不斷地發展，未來是怎樣的，沒有人知道。或許在很久很久以後，人類能夠成功接近甚至達到光速，穿越時光的科幻夢想也終將會在未來實現。