手电筒向夜空照一秒再关掉，发出的光哪去了？它们能飞到宇宙的尽头吗？

如果我们打开手电筒向夜空照一秒再关掉，我们将会看到，在关掉手电筒的一瞬间，手电筒发出的光束也会消失，那么，它发出的光哪去了呢？下面我们就来聊一下这个话题。

实际上，我们看到的光束，其实是手电筒发出的光子遇到空气中的微粒（如尘埃、烟雾、微小水滴等等）所发生的散射现象，而在手电筒关掉之后，由于没有光子继续进入我们的眼睛，所以在我们看来，手电筒发出的光束就消失了。

也就是说，在手电筒关掉之后，其之前发出的大部分光子仍然在沿着原有的路径继续传播，由于地球大气层中的主要气体（氮气和氧气）对可见光是透明的，而手电筒发出的光线主要集中在可见光波段，因此在较为理想的情况下（晴朗少云，空气中杂质少、透明度高），一部分光子就有可能直接穿过地球的大气层，进入到茫茫的宇宙空间。

我们知道，光子是具备波粒二象性的，也就是说，它们既具备“波动性”，也具备“粒子性”。

从“波动性”这方面来讲，光子其实就是量子化的电磁波，根据麦克斯韦电磁场方程组，变化的电场会在空间中激发出磁场，变化的磁场又会在空间中激发出电场，如此反复地交替变换，就形成了电磁波。

由于这种交替变换是不会消耗能量的，而电磁场也可以存在于真空，并且其建立速度为光速，因此光子就可以一直在宇宙空间中以光速传播，不需要额外的动力。

从“粒子性”这方面来讲，光子其实是一种静止质量为零的基本粒子，根据狭义相对论，静止质量为零的粒子只能以光速运动，在此基础上，再加上光子的半衰期是无限长的，因此光子就可以一直在宇宙空间中以光速传播，不需要额外的动力。

由此可见，无论是从“波动性”还是“粒子性”来分析，我们都可以得出这样一个结论，即：对于手电筒发出的那些已经进入宇宙空间的光子而言，只要没有受到阻碍，它们就可以一直在宇宙空间以光速传播下去。

需要知道的是，宇宙的空旷程度远超我们的想象，根据科学家的估算，从整体上来讲，宇宙中物质的平均密度大概相当于每立方米存在着6个质子，而这也就意味着，当光子在宇宙空间中传播时，其遇到障碍的概率其实是非常非常低的。

在此基础上，再加上手电筒发出的光并不是平行光，随着传播距离的增加，其发出的光子也会越来越分散，因此我们有理由相信，这些光子中有一部分会无休无止地在宇宙空间中传播。那如果真是这样的话，它们能飞到宇宙的尽头吗？很遗憾，答案是否定的。

宇宙到底有没有尽头？这其实是一个悬而未决的问题，有人认为宇宙是无边无际的，也有人认为宇宙是有尽头的，很明显，如果宇宙是无边无际的，那“飞到宇宙的尽头”这样的说法也就没有了意义，另一方面来讲，即使宇宙真的有尽头，这些光子也无法飞到那里，为什么呢？我们接着看。

科学家早已发现，宇宙是处于一种持续膨胀的状态，这种现象就会使那些遥远的天体都会具备一个远离我们而去的速度。

这种速度被称为“退行速度”，从理论上来讲，一个天体与我们的距离越远，其“退行速度”就越快，这可以用一个简单的公式“v = Hr”来进行描述，其中的r代表天体与我们的距离，H代表一个常数。

这个常数被称为“哈勃常数”，它描述的是宇宙的膨胀速率，在过去的日子里，科学家已经估算出“哈勃常数”的数值约为67.80（±0.77）公里/秒/百万秒差距，这里的“百万秒差距”是一个距离单位，换算下来大约是326万光年。

需要知道的是，“退行速度”的本质其实就是天体在空间扩张的带动下远离我们的速度，而不是天体在空间中的运动速度，因此“退行速度”并不会受到狭义相对论的限制，而这也就意味着，当距离超过一个临界距离时，天体的“退行速度”就可以超过光速，根据上述公式我们可以计算出，这个临界距离大约为144亿光年。

正如前文所言，光子是以光速传播的，显而易见的是，光速是无法追上超光速的，而这也就意味着，即使手电筒发出的一部分光子能够在宇宙空间中无休无止地传播，它们也永远“追”不上144亿光年之外的天体，在这种情况下，它们就永远无法飞到宇宙的尽头，毕竟仅仅是可观测宇宙，其半径就有大约460亿光年。

（注：可观测宇宙的半径是根据光速、宇宙的年龄以及宇宙膨胀速率计算出的结果）