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拿手电照天空这件事相信大家都干过，手电啪一打开，一条直溜溜的光柱就直冲云霄，在特别黑暗的夜晚还能看到天上被光打亮的云朵。

这时我们心里就会想：光还跑的真是快！要是一直拿着手电筒照，这些光会跑向哪里？地球以外假如有人的话，他们会不会被我的手电晃到眼？如果我把手电关闭，刚才发射的光子能飞到宇宙边缘吗？

现在除了手电筒照天空以外，城市的夜景中还有随处看见的大功率探照灯，甚至是将光子在发射腔中压缩以后射出去的激光，这些比手电筒的光度更大，问题是这些光能飞到哪里？

想要解决这个问题，我们先要了解光是什么？

人类对光本质的理解其实一直贯穿着整个科学史和人类是万物的认知过程，在古希腊时期人们虽然已经知道了光的反射和折射定律，也运用光来为生活提供便利。

但是我们对光的认识在几千年来都一直停留在表面上，根本无法窥探其本质。直到17世纪，牛顿力学的提出彻底推翻了数千年来的神学根基，建立了一个完善而严密的科学研究体系。

也彻底的将自然科学和宗教神学分离，至此人类对光本质的研究才缓慢的起步。牛顿在建立力学体系的同时，也对光的本质做了研究，首次通过三棱镜将太阳光分为不同的颜色，并且提出了解释光本质的微粒说。

牛顿认为光是有不同颜色的微粒组成的，当光经过三棱镜时，不同微粒组成的光具有不同的折射率才会分解出不同的颜色。

和牛顿同一时代的惠更斯不这样认为，他更倾向于光的波动说，认为光是一种依靠以太传播的机械波，光的波动说可以完美的解释光的衍射现象。

例如，你将手放在阳光下，如果光是像牛顿说的微粒，那么你的手会形成明暗分明的样子，但是真实的情况是手的影子边缘是模糊的，因此惠更斯认为这是波的一种衍射现象。

虽然他两说的都不对，但是这也是人们对光本质理解的一次巨大飞跃，到19世纪初，托马斯·杨利用双缝干涉实验，证明了光在经过两个狭缝的时候会发生类似于水波的干涉条纹。

实验结果有力的证明了光是一种波，在光的问题上惠更斯至少比牛顿更正确一些。但是到了19世纪末，海因里希·赫兹发现了物理学中神奇的一个现象：光电效应。

当特定频率的光打在某些金属上，会导致金属表面的电子吸收能量以后溢出，从而形成电流，但是这个过程跟光的强度和照射的时间长度无关，只跟光的频率有关，这用光的波动性无法解释而且相互矛盾。

而解释这个问题的正是爱因斯坦，他将量子假说应用在光电效应上，并且提出了光量子，至此光的波粒二象性本质就出现在了人们的视野中

不过需要注意的是，爱因斯坦所说的光量子是指一份能量，也就是光子，和牛顿所说的实物微粒有本质的区别。

对光本质的理解，以及量子理论的提出，为人类打开了为围观世界的大门，为后来量子力学的发展奠定了基础。

现在我们知道光子是一个规范玻色子，在低能量状态下光子和光子不能相互碰撞，可以同时处在一个量子态和空间位置，也就是说大量的光子可以无限的压缩到一个很小的体积内，这就是我们后来制造激光的原理。

可见光是电磁波频谱中一个非常窄的波段，光子是传递电磁相互作用力的媒介，特定波长的光会被某些原子中的电子吸收，导致电子获得动能，跃迁到更高的能量状态。

当这个电子从高能量状态落回基态时，也会发射出同样波长的光子。光的发射和吸收是不连续的，而是由一份一份的光量子组成的。

而光电效应正是电子吸收了特定能量的光子以后，其所拥有的动能足以摆脱原子核的束缚发生的逃逸现象。

光速问题，手电筒的光能传播到哪里？

人们在对光本质了解的同时，也对传播的速度进行了研究，同样的几千年来人们也一直认为光速是无限的。不过到了17世纪伽利略认为光速是有限的，并且尝试通过两个相隔一千米的山和两个灯笼来测量光速。

一千米这样的距离在光面前不值一提，所以伽利略的实验的失败是注定的，他得出来的结论是，光速非常快。

真正通过实际观测证明光速有限并测量出光速的是丹麦的天文学家奥勒·罗默，他通过观察木星卫星木卫一的视运动，测量出的光速为214300KM/S。这个数字明显偏小，但仍值得人们铭记。

在罗默之后，许多的科学家利用不同的方法对光速进行测量，得出了越来越准确的光速数值。

我们了解了光的本质和光的速度以后就可以知道，当我们打开手电的一瞬间，手电筒会向天空中发射大量的光子，这些光子以大约299792公里/秒的速度向地球以外传播。

如果光子不会消失，那么它就可以在无限的时间内到达无限的距离，你的手电光可能会闪到宇宙中其他外星人的眼睛。

但是光子并不可以一直存在，因为在地球的大气层中充斥着大量的空气分子，而且天空中还有云层，这些物质的原子都是吸收光子，导致我们从地球外看，都很难看到手电筒的光线从地球发射出来。

就算你的手电光度非常高，穿透了地球的大气层达到了宇宙空间，但是宇宙空间也并非空无一物，其中也存在微尘，这些物质也会在光线的传播途中使得光的能量发生衰减。在遥远的地方这些光子也会被吸收殆尽。

假如你的手电光度极强，可以媲美宇宙中的大质量蓝星的光度，那么宇宙尘埃的吸收能力将不足以使得你所发出的光线在变弱，那么这些光子会在无限长的时间内到达宇宙的边缘吗？

其实并不能！除了宇宙尘埃对光线的吸收外，我们的宇宙还在加速膨胀，目前在距离地球136光年以外的地方，那里的空间膨胀速度已经超过了光速，所以光子的有限速度并不能追上比自己还膨胀还快的宇宙。

而且空间在膨胀的过程中，也会将光的波长拉长，使其能量降低，你发出的可见光可能会在一段时间内，被拉长到红外波段。

所以，不管你用手电筒照射了多长时间，哪怕是一直在照射，手电筒所发出的光子基本上都会在有限的距离内被吸收殆尽。有幸逃脱的、没有被吸收的光子，也会因为宇宙加速膨胀不能达到宇宙的边缘。

最终这些光子会在漫长的旅途中从可见光谱中消失，进入红外线波段、微波波段、甚至是无线电波段。