⬆️ 🎴 🤰🏻 问伊森：红移光子的能量在哪里？ 📮 🛍️ 👦

在我们的系列“问伊森”中，克里斯蒂安·弗林德（Christian Vrind）赢得了回答的权利，乍一看，它提出了一个简单的问题：

当单个光子在恒星之间移动数年并在宇宙一次膨胀时经历红移时，它们的能量会流向何处他们如何克服从恒星到观察者的距离？随着波长的增加，能量会减少。

毕竟，我们完全了解能源-既不能创造也不能摧毁它。

通过燃烧柴火，您可以假定自己正在创造能量。但是，正在发生一些更加微妙的事情：

•分子键被破坏并重建，从不稳定的构型（木材和氧气）转变为更稳定的构型（灰烬和蒸汽），随着能量的释放而发生。
•如果您计算释放的能量，并使用著名的

E = m c^{2}

$E = m c^2$

有时候，似乎某物正在失去能量，并且没有以任何方式获得能量或质量作为补偿。这是指不断扩大的宇宙。随着爱因斯坦广义相对论的出现，出现的创新之一是空间本身的可变性的概念，它不再是固定的坐标网格，其他所有元素都位于该网格上。宇宙可以而且应该根据物质和内部能量的数量和位置弯曲，宇宙的结构有权膨胀和收缩。

出乎意料的是，任何光子（光的粒子）都具有由其波长决定的能量。而且，如果宇宙的结构伸展（随着它的膨胀）或收缩，那么该光的波长以及其能量也会发生变化。

这应该打扰您！毕竟，在宇宙发生的所有物理过程中必须守恒的能量。 GR是否会降低节能效果？

一个可怕的答案：是的，也许。 GTR可以完美而准确地管理许多数量，但能源并不是其中之一。换句话说，能量守恒不是爱因斯坦的方程式。广义相对论根本没有定义能量！但这并不意味着我们无法为她定义一个。这只是意味着您需要小心。

一个很好的类比是天然气。如果您增加能量（热量）会怎样？内部的分子开始移动得更快，也就是说，它们的速度增加了，并且扩散得更快，占据了更大的体积。

但是，如果加热容器中的气体会怎样？

分子变热，开始更快地移动，试图扩散，但是在这种情况下，它们经常撞到容器壁上并产生额外的正压。容器的壁膨胀了，能量被浪费了：分子在它们上面做功！

这与正在膨胀的宇宙中发生的事情非常相似。光子的能量由波长决定，随着宇宙的扩展，该波长被拉伸。光子当然会失去能量，但是在整个宇宙内部，所有从内部施加压力的工作都已完成！

严格来说，在GTR中，无法确定宇宙的能量。但是，如果您看着宇宙的结构并使它收缩，那么其中的光子会发生什么呢？缩小的宇宙会产生光子，这将导致它们获得能量。

多少能量？就像他们在宇宙膨胀中失去的一样多。

因此，是的，随着宇宙的扩展，克里斯汀失去了能量。但这并不意味着能量不守恒。这意味着能量以功的形式进入宇宙的膨胀。如果宇宙改变其膨胀并开始收缩，则这项工作将朝相反的方向进行，并将进入内部的光子。

在更完整的引力量子理论中，可能会出现更严格的能量定义，我们可以真正看到它是否被存储。但是在没有一个的情况下，我们只能使用对我们可用的资源，并且我们已经有了这些工具和定义。是的，光子会失去能量，但不会消失。损失的能量加到不断膨胀的宇宙中。

问伊森：红移光子的能量在哪里？

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