星系中心在几个波长范围内的图像显示了辐射源，例如恒星，气体，黑洞等。 但是，从所有这些源发出的光（从伽马射线辐射到可见光和射电范围）始终以相同的速度在空白空间中移动：真空中的光速无论您移动多快，都无法捕捉到一件事：光。 光速不仅是任何事物在宇宙中可以移动的最大速度，而且还被认为是一个普遍常数。 无论是打开手电筒，还是看月球或太阳，还是测量距我们数十亿光年的星系的参数，光速都是唯一不变的东西。 但是，总是这样吗？ 这正是我们的读者想知道的：
光是否始终以相同的速度传播？ 如果有什么使他放慢脚步，这种影响消失后，他会继续放慢脚步吗？ 它会加速回到光速吗？
让我们从构成光的基本层面开始：量子。
一相振荡，以光速传播的电场和磁场决定了电磁辐射。 电磁辐射的最小单位，即量子，被称为光子。如果您观察到诸如灯泡，手电筒，激光指示器或太阳之类的光源，则光线可能不同于粒子-但这都是因为我们无法看到其各个粒子。 如果我们使用电子光电探测器而不是眼睛，我们会发现宇宙的所有光都由相同的粒子或量子光子组成。 它具有所有光子都相同的几个属性：
- 质量等于0；
- 速度始终等于s，光速；
- 自旋，内部角动量的度量，始终等于1；
对于不同的光子，还有一个非常重要的特性：能量。 在人眼可见的所有光子中，紫光的能量最多，而红光的能量最少。 来自红外，微波和无线电范围的光子的能量甚至更少，而来自紫外线，X射线和伽马射线的能量更多。
尺寸，波长和温度/能量的尺度，对应于电磁频谱的不同部分通过空间的真空，无论能量如何，它们始终以光速运动。 而且，无论您尝试在光线下移动还是朝着光线移动的速度快：您观察到的光子的速度始终是相同的。 他们的精力将改变而不是速度。 朝着光移动，它会显得更蓝，能量也会更多。 离开他，他会显得红色，他的精力会减少。 但是，无论您如何移动，光如何移动，如何改变能量，光的速度都不会改变。 所有观察到的能量中最高或最低的光子将始终以相同的速度移动。
所有无质量的粒子都以光速运动，包括分别传递电磁，强核和重力相互作用的光子，胶子和引力波。但是，如果您要从真空转移到某种材料，则可以减慢光线。 任何对光透明的材料都将允许光子在其中移动-无论是水，丙烯酸树脂，晶体，玻璃，甚至是空气。 但是由于这些材料中存在带电粒子-电子-它们将与光子相互作用，从而减慢它们的速度。 光虽然不带电荷，却像波浪一样。 在空间中移动的光子会引起电场和磁场的振荡，因此光子可以与带电粒子相互作用。 这些相互作用会减慢它的速度，迫使它以小于光速在介质中移动的速度移动。
白光通过棱镜的行为表明，不同能量的光如何在介质中以不同的速度移动，但在真空中却没有。不同的光子将具有不同的能量，这意味着它们的电场和磁场将以不同的频率振荡。 在真空中，不同类型的光速是相同的，但是在介质中，光速可以不同。 用由所有颜色，一滴水或棱镜组成的白光激发，高能光子的速度将比低能光子的速度更强烈，这将导致光分解为多种颜色。
由于阳光和水滴的相互作用，出现了主要的（明亮的）和次要的（暗淡的）彩虹，另外一些是由于水中的反射而出现的。 由于不同能量的光子在介质中（在这种情况下，在水中）移动的速度不同，因此颜色分开穿过水滴的光就是这样形成彩虹的-不同能量的光子与介质的带电粒子相互作用，并以不同的方式减速。
当水生环境中的红光运动更快而紫光运动更慢时，水滴在一滴水中的多次反射会导致不同角度的光分离。重要的是要记住，在这种情况下，光的特性不会改变。 他不会失去能量，不会改变自己的内在特性，不会变成任何东西。 只有它周围的空间会改变。 当该光离开介质并返回真空时，它又以真空中的光速移动：299 792 458米/秒。 实际上，距离和时间的精确定义（米和秒）是通过光速来计算的。 原子可以吸收或发射光，具体取决于原子内部电子的跃迁。
来自6s轨道的原子跃迁Δf1决定了米，秒和光速铯，元素周期表的第55个元素，在一个稳定的中性原子中具有55个电子。 前54个电子通常以能量最低的状态存在，但第55个电子具有两个可能占据的能级，它们彼此非常接近。 如果他从稍高的那一个传递到稍低的一个，那么过渡能量将以完全定义的能量传递到光子。 如果您花费此光子9 192 631 770个周期，则将获得1秒。 如果我们以30.663319个周期（9 192 631 770/299 792 458）将覆盖的距离进行测量，则会得到1米。
由此产生了令人惊讶的深奥的事情：在整个宇宙中的原子完全相同之前，我们对时间，距离和光速的定义不会改变，无论我们在宇宙中的何处使用它们。
不管我们向宇宙看多远，控制原子并确定光的长度，时间和速度的物理学都将保持不变。那么，我们从中学到了什么？
- 不管光的能量是高还是低，光总是在光的真空中移动，而总是以光的速度移动。
- 您的运动没有变化，或者光的运动不会改变此速度。
- 通过将光发送到除真空之外的其他介质，可以更改其在该介质中移动时的速度。
- 不同能量的光会根据介质的性质而不同地改变速度。
- 离开介质并返回真空，光开始以光速再次移动。
- 根据我们的知识和最佳测量，在宇宙的所有位置以及所有时间，光速始终保持在299792458 m / s左右。
在许多方面，光是宇宙中最简单的粒子。 尽管它总是以光速运动，但它并不总是在绝对空的空间中运动。 只要将透明材料保留在宇宙中，您将无法避免其中的光缓和。 但是，一旦光回到空旷的空间，它便再次以光速运动，每个光子就好像从未以不同的速度运动一样！
伊桑·西格尔 （ Ethan Siegel） -天体物理学家，科学普及者，《爆炸的开始》的作者！ 他写了《超越银河》（ Beyond the Galaxy ）和《追踪学：星际迷航的科学》（ Treknology ）一书。常见问题： 如果宇宙在扩展，为什么我们不扩展 ； 为什么宇宙的年龄与所观测的半径不一致 。