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这是我们宇宙学系列的最后一节课 ， 微波背景辐射中光子的能量去了哪里？
我们知道小时候的宇宙 ， 它的体积很小 ， 这说明那个时候的宇宙物质密度很高、辐射所携带的能量也很高 。
比如说在宇宙诞生后的38万年 ， 光子的能量曾经有13.6电子伏特 ， 对应的温度大约为3000摄氏度 ， 这个温度可以电离中性氢原子 。
再比如说 ， 在宇宙诞生后只有三分钟的时候 ， 光子有段时间的能量能够达到220万电子伏特 ， 这个能量可以电离最轻的原子核（氘核） 。
而现在 ， 宇宙诞生以后的138亿年 ， 微波背景辐射中光子的能量只剩下的零点几个电子伏特 ， 所对应的温度只比绝对零度高了不到3度 。
这是咋回事？相信大家都清楚 ， 因为我们的宇宙一直在膨胀 ， 在膨胀的过程中 ， 会对其中的物质和辐射产生一些微妙的影响 。
先拿物质来说 ， 随着空间体积的增大 ， 只要宇宙中的物质总量没有发生变化 ， 那么根据密度等于质量除以体积就能知道 ， 宇宙中的物质密度会一直下降 。
如果宇宙逆转膨胀 ， 体积开始变小的话 ， 那宇宙中的物质密度就会开始上升 。 所以对于物质来说 ， 在一个膨胀的宇宙当中 ， 没有任何的问题 ， 没有能量缺失 ， 也就是不存在能量守不守恒的问题 。
但是光子就不一样了 ， 随着宇宙的膨胀 ， 光子除了密度会下降以外 ， 波长还会被拉长 ， 我们知道光子的能量跟波长有着直接的关系 ， 波长越长光子的能量就越低 ， 波长越短能量就越高 。
所以说 ， 宇宙的体积在变大的时候 ， 光子的波长也在变大 ， 比如说宇宙体积只有今天的0.01%的时候 ， 当时微波背景辐射中光子的波长为528纳米 ， 可见光的范围大约是400纳米到700纳米之间 ， 这说明当时的宇宙在我们的肉眼看来就没有黑暗的地方 ， 晚上不用开灯啥都能看见 。
当宇宙的体积只有今天50%的时候 ， 光子的波长大约为2.64毫米 。 而到了今天光子的波长大约为5.28毫米 ， 对应的温度为2.7K 。 所以说宇宙变冷是因为光子的波长被空间拉长了 。 但这个答案并不能让所有的人都满意 。
因为如果我们再往下继续追问这个问题的话 ， 就会出现逻辑上的困难 ， 我们知道热力学的第一定律 ， 能量守恒 ， 说的是 ， 能量不会凭空出现 ， 也不会无缘无故的消失 ， 只能从一种形成转换成另外一种形成 。
如果你现在把能量守恒定律用在一个膨胀降温的宇宙当中 ， 如果我们认为宇宙是一个孤立系统的话 ， 那就出现问题了？
你说 ， 微波背景辐射光子的能量去了哪里？根据能量守恒定律 ， 它曾经那么热 ， 现在这么冷 ， 这么多的能量不应该会凭空消失掉 ， 而是会转换成另外一种形式 ， 所以问题是 ， 它转换到了哪里？
说实在的 ， 这个问题目前还真的没有一个看似完美的答案 ， 因为目前人类对能量是啥 ， 都搞不清楚 ， 没有一个准确的定义 。
比如说 ， 在广义相对论中就没有对能量下定义 ， 而且在相对论的方程中也没有对能量守恒的要求 ， 对能量的理解我们只能找经典物理学 ， 所以说这个问题只能通过经典物理学给出答案 。
就算在经典物理学当中 ， 能量也是一个非常抽象的概念 ， 不过我们还是把能量划分成了一些不同的形式 ， 比如动能 ， 这就好理解了 ， 说的是由于物体运动所具有的能量 ， 还有一个我们也比较熟悉：叫势能 ， 比如引力势能 ， 一个在高处的物体它就具有引力势能 。
当然还有一些其他的能量形式 ， 比如说热能、核能、化学能等等这些能量形式 。 那么在谈论能量的时候 ， 还有一个概念比较重要 ， 叫做功 。
做功的定义是 ， 一个力现在作用到了一个物体上 ， 并且这个物体还在这个力的方向上运动了一段距离 ， 我们就说这个力对这个物体做了功 。
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