打开手电筒，朝着天空照射1秒后，发出的光能不能飞到宇宙边缘？

　　大家都知道， 光速 是宇宙中的第一速度。其实在地球上，光的速度也是超越一切的存在 ，你们知道它的速度是多少吗？
　　光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度
　　根据光在空气中的 折射率 为 1.0008 ，我们可以计算出 光在空气中的传播速度为 299552816m/s 。
　　光是 如何传播 的？地球上的光最远可以 传播到哪里 ？地球上的光是否可以 照射到宇宙中 ？宇宙的 边缘 在哪里？接下来我们就来了解一下，如果将手电筒打开朝着天空 照射1秒 后关闭，它是否可以飞到 宇宙边缘 ？
　　它们会到达宇宙的尽头吗？光的传播
　　在同种均匀介质中， 光 可以沿着 直线 进行传播。当光在传播的过程中遇到 不同且非均匀介质 时，就会产生 折射 。其实就是光在传播的过程中遇到阻碍，这个阻碍物反射出来的光 才是我们肉眼所见的，而同时这一阻碍物还会将一部分的光子吸收。
　　惠更斯－菲涅耳原理：研究波传播问题的一种分析方法
　　一般来说， 光 一旦遇到 其他介质 ，就会出现 曲线传播 的现象。但是当它经过这一介质后，仍然会以 直线 的方式进行传播。根据 广义相对论 的说法，光在大质量物体附近传播时，会受到 物体的引力场  影响，导致光的传播路径出现 偏折 。
　　由于光的传播速度 极快 ，人眼根本无法 捕捉 ，我们观测到的光其实都是光在 传播的过程中 ，遇到不同介质的物体后 折射出来的光线  。
　　时空弯曲与光线的引力偏折光的本质
　　我们在探讨地球上的光能否传到 宇宙 时，需要对 光的本质 探究一二。科学家早在千百年前就对其本质进行过研究，关于光到底是波子还是粒子的说法一直争论不休，直到后来爱因斯坦提出光具有波粒二象性 。
　　但这样的说法也并没有得到所有人的 认可 ，在 原子 层面，光的内部具有 原子核和运动电子  ，这些电子的 排布 与 能量层级的远近 有关，靠近 原子核 越近的 电子能量 越小。
　　1905年爱因斯坦总结出著名的光电效应
　　当电子出现 受激辐射和自发辐射  时，就会从 低能轨道越到高能轨道 中，在这个过程中需要 吸收或释放 一定的能量，也就是我们能够看到的 光子 （光能量）。
　　所以根据我们目前的研究来说，光的 形成 需要 能量 ，但其 传播并不需要能量  ，不过这里的光我们更多可以指 宇宙中的光 ，在 真空状态 下，光的传播并不会 损耗 太多能量。
　　光子（传递电磁相互作用的基本粒子）概述图
　　我们的 视线 受到一定的 局限 ，没有办法一直看到 光的传播 ，但并不代表它在传播的过程中 完全被吸收  了。 手电筒的光能否达到太空
　　打开手电筒时 产生的光子属于一种 受激辐射 ，它的光产生会受到开关传输的能量 影响。
　　受激辐射示意图
　　在理论上，根据光在空气中的 传播速度 ，以及地球表面与宇宙之间的 距离 ，光在受到空气中的一些 颗粒反射 成我们所见的光线后，还会有很大一部分 根本不需要1秒就可以达到宇宙中  ，然后就可以 在真空中继续传播 ，去抵达 宇宙的边缘 。
　　但是这只能存在于 理论 中，实际上，手电筒发出的光 根本没有办法 到达宇宙边缘，甚至连到达宇宙可能都很困难。
　　永远都无法飞到宇宙边缘的光手电筒的光会被逐渐吸收并衍射
　　我们前面也提到了，光的传播过程中会因为遇到 不同的介质 而 改变传播方向 ，甚至还会 被障碍物吸收 。从地球表面到宇宙的这个过程，看似只需要经过 空气 ，但是空气中有 大量的灰尘  ，并且在地球的 大气层 中还存在 大量的大气分子  。
　　根据计算，地表大气中每立方厘米就含有大约 17亿 个大气分子，光子在穿越大气层的时候，会被这些分子大量吸收并转化 ，虽然在这个过程中它也会吸收能量，但是在大量的分子面前它就显得尤其弱小了。
　　大气的垂直分层结构示意图
　　虽然我们前面提到，光子在 受激辐射 下，会从 低能量场越到高能量场 ，但是在这状态下，它就已经没有 更多的能量 可以补充了，随后就会 掉回原来的能量等级 ，然后又会 释放出 一个光子。
　　而这个光子早已不是 原本的光子 ，它的前进方向 已经发生变化，也就是说它可能并不会再往宇宙前进。
　　光的反射和折射现象
　　这里也就是说，除去这些 被吸收 的部分，光子还会被大量 反射、衍射 ，导致光的 传播方向 发生改变，从原本的 直线传播 ，变成 向四面八方发散  。
　　若根据 波动学 来解释，手电筒发出的光呈现出明显的 发散性 。当光的亮度越强，并且离照明物越近时，光的单色性越好，反之就会有明显的发散。当我们将手电筒朝向天空的时候，我们肉眼可见光的发散，也就是光的衍射。
　　光的发散现象概念图
　　所以手电筒的光照射到天空中时，其 消散的过程  可能会 比1秒更快 ，可能在它还没有触及到 大气层最外层 的时候，就已经 消失殆尽 了。 如果光来到宇宙
　　如果我们抛开大气中的 不同介质 ，使得一部分的光子顺利来到宇宙中，是否就能达到 宇宙边缘 呢？实际上， 也不可行 。
　　在宇宙中看见光束的构想图
　　我们说光在 真空状态 下的传播速度最快，但是在宇宙中 并非完全处于真空  ，在宇宙中还存在 大量的粒子 。当光子来到宇宙后，还是逃不开和这些粒子 发生碰撞 ， 被吸收和转化能量 ，此时的光子还是有很大可能 没有办法继续传播 。
　　如果它侥幸 避开了粒子 ，继续传播呢？这里就不得不提到 宇宙膨胀理论 了。在大爆炸宇宙论中，我们得知宇宙是由一个致密的起点爆炸而来，并且根据宇宙红移现象，我们也观察到，宇宙仍在处于膨胀中 。
　　通过望远镜观测到的星系红移现象yanshitu
　　直到现在，我们也无法得知 宇宙的边缘 在哪里。光在远离我们的过程中，还会随着 宇宙膨胀 离我们 越来越远 ，这时光的波长会发生 多普勒效应 ，也就是说当光源远离我们时，就会降低频率并拉伸波长 。
　　当波长被拉伸后，就会形成 红移 ，最后称为 红外线或无线电波 ，但是这些我们用 肉眼 都无法观测。即便是我们用一些 电子设备 进行观测，最终也很难得知这个光子 来自于何处 ， 要去哪里 ，是否是我们手电筒发出的 那一束光 。
　　宇宙红移现象演示图
　　况且就手电筒发出的光子，我们 能否观测 到也是一个问题。目前我们能够用望远镜观测到的有无线电、红外线、紫外线、X射线和伽玛射线等，观测到它们的前提就是其产生的能量要足够我们观测到 。
　　比如我们之所以能够观测到 上亿光年之外 的星体，就是因为它发出的 光子量巨大  ，并且还有大量的 X射线或伽马射线 等。而像手电筒能够发出的光，即便是侥幸来到宇宙中也可以被 忽略不计 。
　　宇宙中739个强伽玛射线源——耀变体发出的光宇宙边缘遥不可及
　　而且我们现在几乎没有办法谈论 宇宙的边缘 究竟位于何处，因为宇宙一直处于 膨胀状态 。在早期 奇点爆炸 时， 宇宙膨胀的速度甚至超越光速  。我们现在观测到的 最遥远的光 ，已经经过 100多亿光年 ，由此可见大质量星体发射出的光子寿命很长。
　　但是根据 现代宇宙模型 ，我们可观测的宇宙直径达到 930亿光年  ，这个直径的中心就是 地球 ，手电筒的光要如何经过 漫长的时光 去触碰 宇宙的边缘 ？
　　奇点爆炸产生宇宙示意图
　　且不说这个宇宙还在 不停地 扩张 中，即便是现在，我们也无法保证，那些具有超大能量的光能够在并非完全真空状态下的宇宙中持续传播。那么从地球上射出的一点手电筒的光更是没有办法 到达宇宙边缘了。
　　在现在所处的宇宙空间中，可以说 我们站在哪里 ， 宇宙的空间就在哪里 。而我们最终抵达的宇宙的 最远地方 ，我们也可以说那是 宇宙的边缘 。
　　宇宙中的光构想图
　　但是我们都知道， 宇宙的广阔，我们难以想象  ，其中有很多现象和事实我们的科学还没有得出 准确的答案 ，所以这并不是 一束光 就能够做到的。