宇宙を旅する光は消耗するのでしょうか?

光害の多いサンディエゴの裏庭に天体写真撮影用にセットした望遠鏡は、地球から計り知れないほど遠い銀河に向けられていた。妻のクリスティーナが近づいてきたのは、ちょうど最初の宇宙写真が私のタブレットに流れ込んできた時だった。目の前のスクリーンで、写真がきらめいていた。

「あれは風車銀河だよ」と私は言った。名前はその形に由来しているが、この風車銀河には約1兆個の星が含まれている。

風車からの光は、私の望遠鏡に届くまで、宇宙を2500万年かけて、つまり約1億5000京マイル旅してきました。

妻は「こんなに長い旅をしたら光は疲れないの？」と不思議がっていました。

彼女の好奇心は、光について考えさせられる会話を引き起こしました。結局のところ、なぜ光は時間の経過とともに消耗してエネルギーを失わないのでしょうか？

光について話しましょう

私は天体物理学者ですが、研究で最初に学んだことの一つは、光がしばしば私たちの直感に反する振る舞いをするということです。光は電磁波、つまり電波と磁気波が結合して時空を伝播するものです。光には質量がありません。これは非常に重要な点です。なぜなら、塵の粒であれ宇宙船であれ、物体の質量が宇宙を伝播できる最高速度を制限するからです。

しかし、光は質量がないため、真空中では最高速度、つまり秒速約18万6000マイル（30万キロメートル）、つまり年間約6兆マイル（9兆6000億キロメートル）に達することができます。宇宙を移動するものの中で、これより速いものはありません。ちなみに、あなたがまばたきをする間に、光の粒子は地球の円周を2周以上も回ります。

信じられないほど速いだけでなく、宇宙は信じられないほど広がっています。地球から9300万マイル（約1億5000万キロメートル）離れた太陽の光が地球に届くまでには、わずか8分強かかります。つまり、私たちが見ている太陽光の年齢は8分です。太陽に次いで地球に最も近い恒星であるアルファ・ケンタウリは、26兆マイル（約41兆キロメートル）離れています。つまり、夜空で見える頃には、その光は4年強しか経っていないことになります。天文学者の言葉を借りれば、4光年も離れていることになります。

想像してみてください。光の速さで世界を一周する旅を。

こうした膨大な距離を念頭に置き、クリスティーナの疑問を考えてみましょう。光はどのようにして宇宙を旅しながらゆっくりとエネルギーを失わないのでしょうか?

実は、光の中にはエネルギーを失うものもあります。これは、星間塵など何かに反射して散乱するときに起こります。しかし、ほとんどの光は何も衝突することなく、ただ進み続けます。宇宙はほとんど空虚、つまり何もない状態であるため、ほとんどの場合、このようになります。つまり、邪魔するものは何もありません。光が妨げられることなく進むとき、エネルギーを失うことはありません。秒速18万6000マイル（約29万6000キロメートル）という速度を永遠に維持できるのです。