那些遥远星辰的光芒，可能已在数十亿年前就开始了它的旅程，最终才抵达你的眼中。 而在这漫长的旅程中，时间本身也会对它产生影响，让我们来了解一下光。 在宇宙的真空中，光速始终保持不变，以每秒约三十万千米的速度飞驰，这一速度是恒定的。 但从宇宙各个角落传来的光，需要的时间却有所不同，而这正是由于一个非同寻常的概念：时间延迟。 简单来说，时间延迟是指在两个观察者之间，由于相对速度或引力差异，所测量到的时间流失会有所不同。 或许你会问，这又是如何影响光的？答案引向一个有趣的现象：多普勒效应，它在光的领域表现为红移和蓝移。 想象一颗朝我们移动的恒星，由于运动光波被压缩，使得我们看到的光偏向蓝色，这就是蓝移。相反，如果一颗恒星远离我们，它发出的光波会被拉长，呈现为红色，即红移。 不仅仅是运动会改变我们对光的观测，引力这个让我们脚踏实地，让地球绕着太阳转的力量也在其中扮演着重要角色，这便引出了一个令人兴奋的概念：引力红移。 当光从一颗大质量的天体如恒星，甚至是黑洞发出时，为了突破该天体的引力场，光波必须耗费能量，这导致光波被拉长，像红色端偏移。科学家称这种现象为引力红移。对于远离引力源的观察者而言，光源处的时间似乎流失的更慢，进而导致光的红移。 让我们深入理解这一概念。根据爱因斯坦的广义相对论，引力本质上是由质量引起的时空弯曲。一个如恒星或行星般的大质量天体，在时空结构中造成了一个凹陷，这种弯曲我们感受到的就是引力。当光经过大质量天体时，它会沿着弯曲的时空结构行进，在我们看来就像是光线发生了弯曲。 但这还不止如此，时空的拉伸也会导致光波的拉伸，从而产生观测到的红移。如果你觉得这已经足够令人费解，那么黑洞会带来更为极端的现象。黑洞的引力如此强大，以至于在其周围时空被严重扭曲，在黑洞的世界边缘及所谓的事件视野上，连光都无法逃逸。 在一个安全距离外的观察者看来，当一个物体逐渐接近黑洞时，它的运动仿佛越来越缓慢，发出的光也逐渐红移，最终似乎停滞不前，并逐渐暗淡，仿佛永远不会坠入黑洞。这一戏剧性的场景正是由黑洞极强的引力，所引起的极端时间延迟离开黑洞。 我们把目光转向更广阔的宇宙，宇宙并非一个静态的实体，它在不断扩张。这种扩张拉伸的空间本身，而光在穿越这片扩展的空间时也随之被拉伸，出现了红移。 因此，来自遥远星际的光通常是红移的。通过测量红移程度，天文学家可以估算这些星系的距离。 不过，我们还没有讨论光子这一独特的存在。光子的基本粒子从它被发射到被吸收的整个过程中，时间对于光子而言是静止的。没错，对于光子而言，时间并不存在。这听起来或许难以理解，但这是特例相对论的结果。 爱因斯坦的特殊相对论告诉我们，物体的速度越接近光速，时间对于他而言就越慢。而光子本身以光速移动，因此从光子的角度来看时间完全停止。 那么光子究竟是什么？要理解它必须稍微涉足量子世界。光在物理学中有着玻璃二相性的特性，它有时表现为波，有时表现为粒子。在波的状态下，光是一种电磁波，由在空间中传播的电场和磁场震荡构成。 光的颜色取决于它的波长，波长越短光月偏向蓝色，波长越长光月偏向红色。 而在粒子的状态下，光子是一种能量的量子，每个光子携带特定的能量，这同样由波长决定。波长较短的光子，如紫外线或x射线携带较高的能量，而波长较长的光子，如红外线或无线电波携带的能量较低。 这些光子的奇特之处在于它们没有质量，却可以携带动量。正是这些无质量、无时间的旅行者，将光带向宇宙深处编织出我们所见的星空图解。如前所述，来自遥远天体的光由于宇宙的膨胀而逐渐红移。 那么这对光本身意味着什么？在宇宙初期大爆炸发生后的数十万年内，宇宙中充满了高温致密的带电粒子，主要是质子和电子。随着宇宙的膨胀与冷却，这些粒子结合形成了中性氢原子，这一事件被称为复合，复合使得宇宙变得透明。 光子可以自由穿越空间，那时发出的光被我们观测为宇宙微波背景辐射，但它在发射时的能量其实更高，处于紫外线和可见光范围。随着宇宙的膨胀，这些光的波长逐渐拉长，变成我们今天观测到的微波。类似的来自遥远星际的光，也会在穿越扩张的宇宙过程中逐渐红移。 那些原本是可见光或紫外光的星光，经过长途跋涉抵达我们时可能已经成为红外光，甚至无线电波。 这意味着在光穿越宇宙的过程中，膨胀的宇宙在无形中改变了它的性质，那束原本闪耀的光芒最终从我们的视线中逐渐消失，跨越可见的领域转化为红外光或无线电波。