你有沒(méi)有注意過(guò)，夜晚站在高樓向下望，遠(yuǎn)處的路燈像星星般微弱，而近處的卻亮得刺眼？有人會(huì)說(shuō)：“這不就是距離遠(yuǎn)嘛！”但如果追問(wèn)一句呢，光到底在傳播中發(fā)生了什么？
先來(lái)看一組數(shù)據(jù)：根據(jù)《可見(jiàn)光在空氣中傳播的損失》研究，光強(qiáng)度隨距離衰減的公式為衰減率=常數(shù)/傳播距離。也就是說(shuō)，光在空氣中傳播時(shí)，每走1公里，強(qiáng)度都會(huì)按比例衰減。但這衰減從何而來(lái)？

其實(shí)，空氣并不是絕對(duì)透明的，水分子、塵埃、甚至二氧化碳都會(huì)像無(wú)數(shù)面“隱形濾鏡”，吸收光的能量。比如，霧霾天里藍(lán)光（波長(zhǎng)0.4-0.45微米）衰減最快，所以遠(yuǎn)處的山會(huì)泛白，而紅光（0.6-0.7微米）穿透力更強(qiáng)，因此交通信號(hào)燈常用紅色。
2024年，某光纖實(shí)驗(yàn)室曾做過(guò)實(shí)驗(yàn)，在純凈氮?dú)猸h(huán)境中，光的衰減率比空氣中低了整整3倍。這說(shuō)明：光的“消失”不是神秘現(xiàn)象，是介質(zhì)與光的博弈。
如果你用過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)，一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)“光貓”這個(gè)詞。它的核心功能是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，但很少有人注意到：光纖本身就像一條“漏氣的水管”。

根據(jù)《光纖傳輸損耗》的研究，光在光纖中每傳輸1公里，強(qiáng)度會(huì)衰減約0.2分貝（dB）。別小看這個(gè)數(shù)字，如果直接用光纖連接北京到上海（約1200公里），光信號(hào)強(qiáng)度會(huì)衰減到初始值的百萬(wàn)分之一！
為什么？
雜質(zhì)吸收：光纖中殘留的羥基離子（OH?）會(huì)吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱
散射損耗：瑞利散射讓部分光偏離原路，像霧天里亂竄的車燈
結(jié)構(gòu)缺陷：光纖彎曲或?qū)硬痪珳?zhǔn)，會(huì)讓光“撞墻”逃逸
正因如此，長(zhǎng)距離光纖通信必須每隔幾十公里設(shè)置“中繼站”，給光信號(hào)“打氣加油”。這就像是馬拉松選手需要補(bǔ)給站，光也需要能量接力。

當(dāng)我們將目光投向宇宙，問(wèn)題就變得更復(fù)雜了。有人質(zhì)疑：“根據(jù)相對(duì)論，光速不變，那光豈不是可以無(wú)限傳播？”但現(xiàn)實(shí)是，光的強(qiáng)度會(huì)衰減，但光子本身不會(huì)消失。
以遙遠(yuǎn)的星系為例：能量守恒定律告訴我們，光的總能量不變，但隨著傳播距離增加，能量會(huì)分散到更大的球面上（參考公式：S=4πR2）。多普勒效應(yīng)則讓遠(yuǎn)離地球的星系發(fā)出的光發(fā)生紅移，波長(zhǎng)拉長(zhǎng)導(dǎo)致能量降低。
一個(gè)著名的問(wèn)題，“如果光不衰減，夜空為何是黑的？”有一個(gè)解釋是著名的奧爾伯斯佯謬，宇宙年齡有限且膨脹，導(dǎo)致大部分星光尚未到達(dá)地球，這才有了“黑暗的夜空”。
回到最初的問(wèn)題：光在傳播中一定會(huì)減弱嗎？
答案是：在特定條件下，光可以幾乎不衰減。