Ничто не вечно в этом мире: железо ржавеет и превращается в труху, разрушаются горы и даже звёзды со временем умирают. А подвержен ли старению обычный свет? Может, со временем он начинает лететь медленнее или вовсе растворяется и исчезает?
Куда пропадает свет?
Если выключить свет в комнате, то он мгновенно исчезнет. Его поглотят стены, потолок и предметы в помещении. С того момента, как вы нажмете выключатель и до наступления полной темноты свет миллионы раз отразится от многочисленных поверхностей, пока не окажется "съеденным" материальными объектами в комнате. Мы не замечаем этого, потому что наши органы чувств слишком медленны по сравнению с той сумасшедшей скоростью, с которой распространяется свет.
Но что, если убрать все препятствия на пути света: стены, мебель и даже сам воздух? Сколько он сможет так лететь в абсолютно пустом пространстве? Пока самым длинным "пробегом" обладает реликтовое излучение, которое начало свой полет 13,8 миллиарда лет назад в самом начале Вселенной и практически не изменилось с тех пор.
"Практически", потому что оно превратилось в радиоволну, и теперь по характеристикам это излучение скорее напоминает те микроволны, на которых работает домашняя СВЧ-печь.
Не означает ли это старения света и что будет с "самым старым светом во Вселенной" в будущем?
Не всё то долото, что блестит
Практически во всех учебниках свет сравнивают с волнами на поверхности воды, но это не совсем верно, потому что ведёт нас по ложному пути. В нашей жизни в виде волны можно представить почти всё, что меняется со временем: авралы на работе (почему-то всегда в пятницу после обеда), звонки от бывшего/бывшей, выплата зарплаты, даже положение автомобилей в дорожной пробке (точнее, положение той пустоты, которая "путешествует" по ней).
Все они случаются с определенной регулярностью - это и есть частота волны: раз в неделю, раз в месяц, раз в год и так далее. Свет тоже меняет свои характеристики - электрические и магнитные (это же электромагнитное излучение). Например, красный свет умудряется за 1 секунду сделать это 400 000 000 000 000 раз.
Чем больше запасено энергии в частичке света - фотоне - тем "энергичнее" он это делает. Самое мощное излучение - гамма-излучение, которое возникает в ходе ядерных реакций, может менять свои характеристики около 3 000 000 000 000 000 000 раз в секунду. Такая частота позволяет рассматривать гамма-кванты скорее как частицы, чем как волны. Но сейчас не об этом.
Для простоты восприятия можно представить себе обычный резиновый мячик, который вы с силой ударяете об пол. Чем сильнее вы это сделаете (и сообщите ему бОльшую энергию), тем бОльшее количество раз он отскочит от пола.
Однако свет не стоит на месте, а всё время летит. На каждом метре его пути можно найти такие точки, где его характеристики были совершенно одинаковы - это и есть длина волны. Тот же красный свет каждые 0,00065 миллиметра повторяет свои свойства. А вот реликтовое излучение - уже каждые 1,9 миллиметра. Становится понятно, что оно слишком медленно меняет свои характеристики, то есть у него меньше энергии, чем у красного света.
Поэтому-то очень длинные радиоволны сложно зафиксировать. Чтобы понять, что квант радиоволны изменил свои свойства, необходимо приёмное устройство, сопоставимое с длиной самой волны. Когда длина волны превышает миллионы километров, сделать такую антенну довольно затруднительно.
При этом важно помнить, что скорость полета не меняется - от гамма лучей до самых длинных радиоволн она остается постоянной. Меняется только количество "запасенной" энергии.
Что будет со светом в будущем
Свет, который был испущен в момент рождения Вселенной, был довольно "энергичным", однако растратил большую её часть в ходе своего пути. Виновато в этом расширение Вселенной. В будущем реликтовое излучение продолжит терять свою энергию, длина его волны продолжит увеличиваться, но оно никуда не исчезнет (пока всего его фотоны не поглотятся космическими объектами, как в комнате, в которой выключили свет). В теории не существует предела этой длине: она может равняться размерам всей Вселенной.
Поэтому любой свет, который мы сейчас направим куда-нибудь, так же будет смещаться по шкале длин, "скатываясь" в сторону радиоволн. Если он не встретит на своем пути препятствия, то так и будет лететь и лететь, не снижая своей скорости.