光失去的能量会发生什么?

卡梅伦·沃西去弄明白了…

卡梅伦:波只是能量从一个地方传递到另一个地方的一种方式，无论是照亮你房间的光波，还是把我的声音传到你耳朵里的声波。你可能已经意识到，像光和声音一样，波浪也可以伸展。比如，听听这个。

当救护车远离我们时，警报器似乎变慢了，这意味着声波似乎被拉长了——这是多普勒效应，光也是如此——我们说它是“红移”，因为光失去了能量，变得更红了。

但在马克的问题中，有些东西略有不同。他提到的拉伸是因为我们的宇宙在膨胀——随着空间的膨胀，其中的光也在膨胀，拉伸了它，从而失去了能量。那么，这些能量都去哪儿了呢?为了找到答案，我采访了剑桥大学的宇宙学家恩里科·帕杰。

恩里科:这是一个很好的问题，事实上，这个问题以这样或那样的形式经常引起实践者之间的激烈争论。我们中的许多人都熟悉能量是守恒的概念:它可能从一种形式转变为另一种形式，但当我们把所有形式的能量加起来时，总能量不会随着时间而变化。

Cameron—例如，当你烧开水壶时，来自家里的电能被转换成热能来加热水——总能量不会改变。那么，光失去的能量转化成了什么呢?

恩里科:对这个问题的简短回答是，在像我们这样不断膨胀的宇宙中，能量是不守恒的，所以当光的频率转变为红色时，光所损失的能量就消失了。

卡梅隆:所以“能量不能被创造或毁灭”的观点似乎并不适用于我们最大尺度的宇宙。剑桥大学的另一位宇宙学家James Fergusson解释了其中的原因:

詹姆斯:现在，能量守恒可以用数学方法来证明，这是假设“时间平移不变性”的结果。这只是意味着我们期望物理定律明天和今天是一样的。然而，在膨胀的空间中，背景在时间上不是恒定的，因此时间平移不变性被打破，能量守恒也就不完全一样了。

Cameron -因为我们的宇宙在膨胀，宇宙看起来每天都不一样，我们的宇宙实验也是如此-标准的能量守恒消失了。那么马克问题的答案是什么呢?随着宇宙的膨胀，光确实会失去能量，但这没关系!在我们不断膨胀的宇宙中，关于光被拉伸时不损失能量的常规规则并不成立，相反，宇宙学家可以将“时空”视为一个整体，吸收了能量。这恢复了守恒原理，但也许不是我们所知道的那样。感谢恩里科和詹姆斯!下周，我们将探讨玛格丽特提出的这个问题。

玛格丽特:有人见过青蛙挠痒吗?