🙇🏿 😓 🖍️ 问伊桑60号：为什么能量从宇宙中消失？ 🔔 🤩 ❄️

宇宙中的背景宇宙辐射曾经烧过周围的一切，但现在几乎接近绝对零。所有的能量都去了哪里？

我认为您可以做的最酷的事情是消失一会儿，因为它将使您有机会重现。
-乔什·迈克尔·霍姆（Josh Michael Homme）

如果您考虑一下，大爆炸是可以想象到的最复杂的抽象之一。当然，现在宇宙正在膨胀，这意味着在万物彼此靠近之前，宇宙变得更加密集。但是它也更热，因此其中的粒子比今天已经“更冷”的今天具有更多的能量。本周，巴里·佩尔多（Barry Perdot）获胜，这个问题问道：

据我所知，宇宙微波背景辐射（KMFI）随着宇宙的膨胀而逐渐冷却，并且具有红移的KMFI粒子正在切换为增加波长和降低能级。但是这些粒子的能量在哪里呢？

让我们弄清楚为什么这个问题这么深。

很容易理解，随着宇宙的扩展，密度如何降低，以及如果密度突然开始降低，其密度将如何开始升高。毕竟，密度只是空间中特定区域内的物质数量：质量密度是每体积的质量，定量密度是每体积的数量，能量密度是每体积的能量。

对于物质-原子，气体，行星，恒星，星系甚至暗物质-您可以直观地将其与时空相关联，时空会随时间而变化。如果时空扩展，则密度减小，如果收缩，则密度增大。

认为“大爆炸”就像一个炸弹在一个空的空间中是错误的，爆炸的中心压力很大，而外部压力很小。
实际上，整个空间都“爆炸了”，爆炸没有中心，密度和压力在各处都相同。因此，根本不存在导致爆炸的压力差。

这都是由于音量的变化。质量保持不变，粒子数量与能量数量相同。在充满物质的膨胀宇宙中，密度随着宇宙膨胀而变化。

但是在充满辐射的宇宙中（在我们的例子中是光子或光粒子），宇宙体积的变化会导致一些意想不到的后果。

您习惯于将粒子计数为粒子，即空间中的点。您认为它们是没有大小的实体，因此当宇宙膨胀（或收缩，尽管这没有发生）时，粒子保持不变。但是光子不会以这种方式表现。

光子不仅是粒子（尽管它能够以粒子的方式碰撞和相互作用），而且其行为也像电磁波。波的最基本的基本特征之一是长度，在光子的情况下，长度决定了它的能量。

波浪越长，能量越少，波浪越短-能量越大。现在，在当今大小的宇宙中，从宇宙发展的早期阶段一直保留下来的典型光子的能量对应于2.725 K的温度。可以使用一组常数（玻尔兹曼，普朗克和光速）将其转换为波长。然后我们将发现波长为5.28 mm，即大约等于指甲的白色部分的长度，这时该将其切断。

仪表将适合约189个此类波长。但是在过去，由于宇宙的膨胀，星际空间的每米都变小了！

但这并不意味着在相同的空间中可以容纳更少的波浪。每单位体积的定量密度保持恒定。那会发生什么呢？您可以在扩展到今天的米的距离上安装189波此光！

今天的宇宙是什么时候大小的一半？半米或波长2.64毫米的189波
宇宙什么时候是今天的10％？每分米189波，或528微米波长
宇宙什么时候是今天大小的0.01％？十分之一毫米或528纳米波长的189波-可见光！（黄绿色）

我们往回走得越远-在宇宙更小时-辐射中包含的能量越多。今天观察到的辐射是在大爆炸之后保留下来的，它是从第一个中性原子形成的时间到我们的：最后一个散射的宇宙表面。

KMFI，最后一次散射的表面-类似的光穿过云层并落入我们的眼睛。我们只能看到最后一次反射光的云层表面。

这就解释了为什么有一段时间没有中性原子（KMPI从那里发出），没有原子核（因为它们被分解成碎片-紧接着是合成宇宙中最轻元素的那一刻），质子在夸克-胶子等离子体中，中子被分解成碎片，甚至在更早的时候，一切都变得如此热，以至于充满宇宙的令人难以置信的高能伽马射线自发地形成了一对物质反物质粒子。

这也解释了为什么残留辐射看起来如此强烈地移入光谱的微波部分。这些是来自物理定律和“大爆炸”概念的简单预测。

但这可能会给您带来与巴里相同的问题。节省能源吗？如果今天的水平低，这是否意味着它已丢失并因此无法保存？（严格来说，在GR中没有能源的定义-但我们不会用它来逃避答案）。

辐射能没有消失；让我们看一个类比。想象一下，您有一个气球，它已经充气并绑好了，当充气时，它与环境处于平衡状态。您可以测量球内空气的能量，并对此感到满意。

现在，我们将对其进行严格处理，并将其降低到温度为77 K的液氮中。氮气将热量从空气分子（和球）中吸走，并且球的体积会下降。

但这还不是全部。另一个原理在这里起作用：分子在球的壁上施加压力，这不允许它在内部塌陷，当它们失去能量时，它们施加的力变得不足，球开始压缩。如果将球从氮气中拉出并让空气加热，它将获得能量并通过从内部推动壁再次使球膨胀。

当物体沿某个方向或相反方向施加力时，它描述了工作的物理概念。如果向外推动，并且某些东西向内移动，那么您的工作就会变得很消极，从而消耗了系统的能量。如果将其推出并向外移动，则可以通过为系统增加能量来起到积极的作用。这就是气球充气的最简单示例，它是强度，距离和工作的结合。

在宇宙的情况下，光子像球中的空气一样工作：它们在宇宙膨胀时起压并起到积极的作用。光子会失去能量，但是能量会以可逆的方式进入宇宙本身！换句话说，如果宇宙收缩甚至崩溃，光子所增加的能量将返回它们。

那么，光子能量在不断扩展的宇宙中将流向何方？光子的能量完成了工作，将其转移到了宇宙本身。

巴里，感谢您提出了一个精彩的问题，我希望您和其他人都可以清楚地获得解释。向我发送您对以下文章的问题和建议。

问伊桑60号：为什么能量从宇宙中消失？

宇宙中的背景宇宙辐射曾经烧过周围的一切，但现在几乎接近绝对零。所有的能量都去了哪里？

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