光為什麼可以在宇宙中傳播上百億年還不消失和減速？

2020-08-28 一點宇宙

在宇宙誕生後的第一批基本粒子產生時，光子就出現了，但是在宇宙大爆炸的早期，這些光子跑出不遠就會被另外一些自由的基本粒子如自由電子所吸收，因此那時的光都無法存留太長時間。

直到宇宙誕生後約38萬年後，宇宙隨著膨脹溫度下降到約3000K左右，自由電子開始被原子核俘獲成為中性原子，宇宙一下子變得透明起來，此時被輻射出的光子將在空曠的宇宙空間中自由傳播，這就是我們今天所探測到的宇宙微波背景輻射。

這些光子從138億年前宇宙大爆炸後38萬年傳播至今，已經跑了138億年了，但它們依然在傳播，這些為什麼呢？很簡單的一個原因就是他們沒有遇上能吸收它們的物質，一旦它們碰上宇宙空間裡能吸收其對應波長的物質，這些光子就會吸收而停止傳播，又或者轉變為更低能量（頻率）的光子。比如產生上圖中的那些光子就是被人類的射電望遠鏡捕獲的，它們的歷時138億年的旅程就隨著被捕獲而終結了……

這些被捕獲的光子經歷宇宙138億年的膨脹，波長已經從約1微米波長的可見光附近被拉長到數釐米波長的不可見的微波波段，波長增加了4個數量級以上！

想當年背景輻射可是肉眼可見的，但它們雖然因空間膨脹而導致能量下降頻率變低波長變長，但是它們卻從未停止腳步，它們以不變的光速在宇宙裡跋涉了138億年，直到有一天被宇宙裡的可見物質吸收為止，如果沒被吸收，它們將繼續傳播直到宇宙的終結……

也許有一天隨著宇宙的膨脹，宇宙中傳播的光子波長拉大到無法被任何物質吸收，這樣沒有任何設備能夠發現它們，結局就會如上圖中右邊一般漆黑……想想都覺得絕望……

相關焦點

  • 為什麼光可以在真空中傳播,而聲音不能?
    但光的傳播不需要介質，它們可以在真空中傳播。那麼，聲音和光有什麼區別呢？為什麼聲音不能在真空中傳播，而光卻可以呢？ 聲波 聲音其實屬於機械波，其本質是機械振動的傳播，而機械振動依賴於介質。當物體發生振動時，比如敲打桌子，這種振動會帶動空氣中的分子出現有規律的振動，由此聲波會在空氣中傳播開來。
  • 為什麼光的傳播不需要介質?
    聲音的傳播需要介質，比如空氣、水和鐵。但光的傳播不需要介質，它們可以在真空中傳播。那麼，聲音和光有什麼區別呢？為什麼聲音不能在真空中傳播，而光卻可以呢？光如何產生？光與聲音不同，前者的傳播無需介質，可以在真空中傳播。從本質上來說，光也是波，它們統稱為電磁波。那麼，電磁波是怎麼產生的呢？光的產生與電子運動有關。當原子核周圍的電子吸收能量時，它們會躍遷到不穩定的更高能級，然後又會輻射出電磁波，從而躍遷回更低能級，達到穩定的狀態。
  • 光可以在真空環境下傳播,為什麼聲音卻無法在真空中傳播?
    在日常生活中，我們或多或少通過一些現象發現聲音的傳播條件似乎比光的傳播條件要嚴格一些，例如在遊泳池中不管我們怎麼大喊大叫，對方都很難聽到我們在說什麼，要想傳遞信息還不如用一束光線來得快。不僅在水中如此，在大氣中也如此。在雷電交加的天氣中我們通常會先看到閃電的出現再聽到雷聲的轟鳴，這是因為聲音傳播的速度比光慢得多。
  • 宇宙中傳播最遠的光又是什麼?
    我們離太陽大約1.5億公裡，太陽光傳播到地球上需要8.3分鐘。在地球上，我們可以看到明媚的陽光。但太陽光不止照射到了地球上，而且還散播到太陽系的各個地方，乃至遙遠的宇宙。那麼，太陽光能夠照射到多遠的地方呢？
  • 關掉手電筒的燈之後,原來的光是消失了還是繼續傳播?
    手電筒可以幫助我們在黑暗的環境下進行照明，但把手電筒關閉之後光線也隨之消失了。那麼原本的那束光線是直接消失了呢，還是繼續在傳播呢？在照明系統不太發達的地方，手電筒發揮了重要的作用，於是我們常常可以看到在一些沒有路燈的地方有人拿著手電筒在照明。
  • 手電筒的光在宇宙中能夠傳播多遠?和這顆恆星相比它可以忽略不計
    審核：小文引言：在公共場所照明設備還不那麼完善的年代，手電筒成為了人們日常生活中必備的照明設備。手電筒經過不斷的發展，已經從最初笨重的大塊頭變成便攜的小玩意了，連我們的手機也能充當手電筒。而且當把手電筒打開之後射向黑暗的遠方，我們會發現它的光似乎被黑暗吞噬了。因此有人想要知道在地球上這樣的現象，反觀在宇宙中，手電筒的光會一直沿直線傳播下去嗎？有人認為是可以的，因為宇宙幾乎是真空的，只要沒有物體擋住光線的傳播，它就能無限傳播下去。要想弄清楚這個問題，我們首先需要來了解一下光的性質。
  • 光在傳播的過程中被阻擋,它會因此而消失嗎?看完漲見識了
    眾所周知，光速是宇宙中最快的速度，有一種理論認為如果一個物體的速度能夠超過光速的話，那麼這個物體就會發生穿越現象，但是目前沒有任何物體的速度能夠接近光速。而且光的傳播不需要介質，照射在地球上的光是位於太陽系中央的太陽從遙遠的地方傳播過來的，但是傳播時間大約只需要8分鐘。
  • 宇宙位面論（下）——光的越位面傳播
    電磁波的傳播形態分類：根據傳播方向上有無電場分量或磁場分量，可分為如下三類，任何電磁波都可以這三種波的合成形式表示出來。TEM波：在傳播方向上沒有電場和磁場分量，稱為橫電磁波。TE波：在傳播方向上有磁場分量但無電場分量，稱為橫電波。TM波：在傳播方向上有電場分量而無磁場分量，稱為橫磁波。光是特殊的電磁波，其傳播過程中不產生磁場亦不產生電場。
  • 真空中有什麼?最後一種或能終結宇宙!
    但事實上，真空並非完全虛空，其中還可能存在十分危險的東西。在宇宙中，只有太空才是最為接近真空的狀態。雖然太空看起來空蕩蕩的，但其中充滿了光子，最古老的光子可以追溯到138億年前早期宇宙發出的第一縷光，它們出現在宇宙形成38萬年後，如今被稱為宇宙微波背景輻射。在宇宙誕生僅2秒之時，大量的中微子被釋放出來。
  • 光的速度高達30萬公裡/秒,誰驅動著它,為什麼不減速?
    光既然可以每秒30萬公裡，那它的動力是什麼呢？首先，這個速度叫做光在真空中的速度，其次30萬這個數字是一個近似值，即使不在真空它的速度也很快，快到夜晚開關一按你能瞬間感覺到屋子裡充滿著光明，而相對於太陽，它給予地球的光明需要8分多鐘才能到達。
  • 關掉密閉房間中的光源之後,已發出的光去哪裡了?
    簡單來說，光被吸收掉了。沒有了光，肉眼看不到東西，所以呈現在眼前的就是黑暗。光的傳播不需要介質，在真空中也能傳播。如果光在真空中沒有遇到阻擋，那麼，光就會一直以光速不斷前進，並不會消失掉。正因為如此，我們在地球上可以看到上百億光年外的原始星系，我們接收到的是上百億年前的光子。當年星系發出的光在宇宙中行進了漫長的距離，它們沒有被阻擋，所以最終可以抵達地球。宇宙中最古老的光子已經有138億年的歷史，它們在宇宙誕生之後38萬年被發射出來。直到今天，這些光子還能被我們探測到，只是以微波的形式，肉眼無法看到，它們被稱為宇宙微波背景輻射。
  • 我們要怎樣才能看到消失的宇宙?
    這是真的:在可觀測的宇宙有兩萬多億個星系，其中97%即使我們以光速也達不到。不過雖然我們到不了遙遠的星繫上，但是我們可以觀測到它們。更困惑的是在之前從未觀測到的新的星系正在隨著時間的流逝相繼顯示在我們面前。我們可能到不了已經消失的宇宙，但是仍然能看到它。這篇文章將告訴你怎麼做到。圖解：在一個對數刻度上，附近的是太陽系和我們的銀河系。
  • 光會消失嗎?還是繼續傳播?
    答案當然是繼續傳播了，由於能量守恆，手電筒發出的光不被吸收的話是會一直傳播下去的。但是由於光速實在太快了，我們就以為它消失了，但實際上它只是飛出去了。假如你有一個特別NB的雷射手電，對著月球按一下開關，那麼這一道光將在大約兩秒半後會從月球反射回來。
  • 深入剖析光的即時傳播原理:幾億年前的星星也許並未消失
    這些星星大多數都是來自遙遠宇宙處曾經的星體光影。之所以說是「星體光影」，是因為，現在我們看到的大多數星星很可能早已不存在了，它們的光芒在宇宙中傳播了幾十萬年，甚至幾千萬年，或者幾億年才到達我們的眼睛。或許會有不少人反思到：光芒傳播了那麼久的時間，為什麼還能傳達到我們的眼睛？難道它們在偌大的宇宙空間中傳播，就沒有遇到過障礙物嗎？
  • 當打開手電筒後又關閉,光最後是消失了,還是一直在傳播?
    這個世界因為有光才變得更加豐富多彩，無論是白天還是黑夜，人類對光的依賴體現在方方面面。因為有光，我們可以更好地從事生產及勞動。通常情況下，當人們打開燈時，屋子也就亮了；當燈光熄滅時，屋裡也就黑了。於是，這就會給人一種感覺：當關閉燈源後，光線就會立即消失不見。
  • 光最終會消失嗎?我們用手電筒發出的光,是消失了還是繼續傳播?
    光源之所以能發出光，根據原理主要可以分成三種形式：第一種為熱運動、躍遷輻射（包括自發輻射和受激輻射），這是我們日常生活中最常見光的發生原理，包括手電筒、火光等；第二種是物質內部帶電粒子加速運動時所產生的光輻射，這一種則多用於雷射的產生；第三種是同步輻射光與切倫科夫輻射的產生原理，也就是介質中物質的運動速度超過光速所產生的效應（註：在介質中的光傳播速度是低於真空中的
  • 手電筒對著天空照射一秒後關掉，光是消失了，還是會繼續傳播？
    在夜晚，當我們用手電筒對著天空照射時，就可以看到有一束光飛向了遠方，照進了漆黑的夜空中。說到這估計有很多人好奇了，如果手電筒只打開了一秒鐘就關掉的話，光最終去哪裡了呢？光是消失在了夜空中，還是會繼續傳播呢？其實光並沒有隨著關閉手電筒而消失，而是以每秒接近30萬公裡的速度繼續傳播，只不過我們肉眼看不到而已。
  • 為什麼說宇宙是無限的?這得從光的直線傳播和平坦宇宙開始說起
    自從我們上了小學或中學，就有人告訴我們，宇宙是無限的。但是，這個概念太籠統的了，有木有？我們只知道宇宙是無限的，卻沒有人給我們解釋為什麼宇宙是無限的？怎麼個無限？今天，我就來簡單地和大家討論一下這個偉大的問題。
  • 光在宇宙中竟存在曲線傳播，違背我們認知的常識
    從初中學物理開始，老師便告訴我們一個常識，光是沿直線傳播的，在不同的材料中，光的傳播會發生折射，但並沒有改變光沿直線傳播的屬性，而在我們的認知中，也一直認為光是沿直線傳播的。在日常生活中，由於距離和觀察方位的不同，我們看到的人和物的形象，有遠近、高低、大小、長短之分。
  • 光在宇宙中傳播的速度是不恆定的
    v1>v2我們知道，光在真空中的速度約為，光在空氣中的速度略小於真空，光經過玻璃或者水等這樣的介質時，速度會減慢，這說明光的速度不是不變的，而是隨著經過的介質而發生改變！星系是由物質組成！（星雲，恆星，星球等組成）當光從星系外的太空進入星系時，光的速度會減慢！正如太陽光進入在地球的大氣中運行的時候。反之，當光從星系飛向星系外的太空時，光速會增快。當然，速度變化並不會很大，只是在一定的範圍內。