نور چگونه قادر است در گستره بی‌کران کیهان با حفظ انرژی و سرعت ثابت، فواصل نجومی را بپیماید؟ این پرسش بنیادی که شاید به سادگی در ذهن هر علاقه‌مند به فیزیک و نجوم شکل گیرد، توجه پژوهشگران بسیاری را به خود جلب کرده است. یکی از این پژوهشگران، جارد رابرتز، استاد و محقق برجسته دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو است که داستانی ساده اما علمی را از تجربه‌ای شخصی روایت می‌کند؛ زمانی که با تلسکوپ نجومی‌اش در حیاط پشتی خانه‌اش، به سمت کهکشان فرفره نشانه رفته بود، همسرش کریستینا پرسید: «آیا نور در این مسیر طولانی خسته نمی‌شود؟» این سؤال ابتدایی، نقطه آغاز بحثی عمیق درباره ماهیت نور و حفظ انرژی آن در سفرهای کیهانی بود.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، جارِد رابرتز، با سابقه‌ای درخشان در اخترفیزیک، تأکید می‌کند که بسیاری از ویژگی‌های نور برخلاف شهود و تجربیات روزمره ماست. به گفته او در مقاله‌ای منتشر شده در وب‌سایت کانورستیشن، نور نوعی تابش الکترومغناطیسی است که به صورت موج‌های الکتریکی و مغناطیسی به صورت همزمان در فضا-زمان حرکت می‌کند. نکته کلیدی این است که نور فاقد جرم است؛ ویژگی‌ای که اجازه می‌دهد سرعت آن در خلأ به حداکثر مقدار ممکن، یعنی ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه برسد. به زبان ساده، هیچ جسم یا ذره‌ای در جهان نمی‌تواند از سرعت نور پیشی بگیرد، زیرا جرم عامل محدودکننده سرعت حرکت اجسام است.
سرعت نور به قدری بالاست که اگر لحظه‌ای پلک بزنید، نور می‌تواند بیش از دوبار محیط زمین را دور بزند. با وجود این سرعت خارق‌العاده، فاصله‌های کیهانی به قدری عظیم است که حتی نوری که از خورشید، در فاصله حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر، به زمین می‌رسد، حدود هشت دقیقه در راه بوده است. این یعنی تصویری که ما اکنون از خورشید می‌بینیم، نمایشی است از رخدادهایی که هشت دقیقه پیش اتفاق افتاده‌اند. حتی فراتر از آن، ستاره آلفا قنطورس که نزدیک‌ترین ستاره به ما پس از خورشید است، در فاصله‌ای حدود ۴۱ تریلیون کیلومتر یا چهار سال نوری قرار دارد؛ نوری که ما از آن می‌بینیم، چند سال پیش ساطع شده و حالا به چشم ما می‌رسد.
اما چگونه نور در این سفرهای بی‌پایان، انرژی خود را از دست نمی‌دهد؟ پاسخ تا حد زیادی به خلأ فضا بستگی دارد؛ فضایی که عمدتاً خالی از هرگونه ماده و ذرات است و در نتیجه نور در مسیر خود با مانعی برخورد نمی‌کند. البته در مواقعی که نور با ذرات غبار بین‌ستاره‌ای برخورد کند، بخشی از انرژی‌اش پراکنده می‌شود، اما این موارد نسبتاً نادرند. به همین دلیل، نور قادر است انرژی خود را در طول سفرهای طولانی حفظ کند و با همان سرعت ثابت خود در فضای خالی حرکت کند، بدون اینکه سرعت یا شدت آن کاهش یابد.
از سوی دیگر، مفهوم زمان و نسبیت آن نقش مهمی در درک سفر نور دارد. اگر به مثالی ساده توجه کنیم، فضانوردی که در ایستگاه فضایی بین‌المللی با سرعتی حدود ۲۷ هزار کیلومتر بر ساعت به دور زمین می‌چرخد، نسبت به فردی که روی زمین است، زمان کندتری را تجربه می‌کند؛ به طوری که ساعت او در یک سال حدود ۰٫۰۱ ثانیه کمتر می‌گذرد. این پدیده که اتساع زمان نام دارد، نشان می‌دهد زمان نسبی است و تحت تأثیر سرعت و میدان گرانشی تغییر می‌کند.
حال تصور کنید خود را روی یک فوتون، کوچک‌ترین ذره نور، قرار دهید؛ از دیدگاه ناظر زمینی، فوتون با سرعت نور حرکت می‌کند، اما برای خود آن ذره، زمان به طور کامل متوقف شده است. این بدان معناست که برای فوتون، هیچ مدت زمانی برای سفر به فواصل کیهانی وجود ندارد؛ لحظه‌ای که نور ساطع می‌شود و لحظه‌ای که به مقصد می‌رسد، برای آن یکی است. این وضعیت نتیجه‌ی نسبیت خاص اینشتین است که علاوه بر اتساع زمان، انقباض طول را نیز به همراه دارد؛ پدیده‌ای که فاصله مسیر حرکت از دید ناظر متحرک را کوتاه‌تر نشان می‌دهد.
بازگشت به کهکشان فرفره و تصویری که توسط تلسکوپ رابرتز ثبت شد، این واقعیت را تأیید می‌کند؛ نوری که طی ۲۵ میلیون سال پیموده است، از دید ما طولانی‌ترین سفر را داشته، اما برای فوتون این سفر آنی و بدون گذر زمان است. این تفاوت شگفت‌انگیز در درک زمان و فضا، اساس توضیح علمی این است که چگونه نور می‌تواند بدون کاهش انرژی و با سرعتی ثابت، در دل فضای خالی کیهان سفر کند و به ما تصاویر گذشته‌های بسیار دور را هدیه دهد.