Фотоны реликтового излучения «остыли» или «растянулись»?

Вступительные тексты и популярные отчеты о том, почему мы видим «когда-то горячее» реликтовое излучение в виде микроволн, почти всегда говорят что-то об «охлаждении» фотонов после Большого взрыва. Но разве это не заблуждение? Разве эти фотоны не имеют длинных («холодных») волн, потому что пространство расширилось с момента их испускания. Там нет отдельного процесса «охлаждения», не так ли?

Может быть, они были выглажены?
Куда делась энергия, если они уменьшились по частоте? Это кажется очень странным видом потери энергии. Не то чтобы они легко могли потеряться при столкновении, не так ли? Он потерян для какого-то поля? Если начальная температура 10 ^ 7 К (скажем) и есть 10 ^ 89 фотонов (скажем), NkT не совсем никель и десять центов, не так ли? Около 10 ^ 73 Дж. Может быть, их больше? Я не знаю, действительно ли я туплю, и это очевидно, или стоит задать правильный вопрос. Я не смог найти дубликат. Я спросил друга-физика, и он сказал, что это слишком сложно для объяснения. Ну что ж!
@DanSheppard: я думаю, что принятый ответ объясняет именно это.
Ладно, я, должно быть, туплю. Я предполагаю, что энергия сохраняется (где-то) и E=hf. Они оба действительны? Я понимаю, что f и лямбда изменяются по мере расширения пространства, и поэтому температура (т.е. энергия) уменьшается. Но если E=hf, это означает, что теперь у вас есть фотон с меньшей энергией. Энергия, должно быть, куда-то ушла, если сейчас она не в фотоне. Я понимаю механизм, что с охлаждением и растяжением, только не знаю, как учесть энергосбережение. Я не вижу принятого ответа на это. Я попробую еще раз, когда почувствую себя умнее, :-).
Я нашел (?) ответ здесь. Интересный материал. физика.stackexchange.com/questions/130536/…

Ответы (3)

Охлаждение и растяжение, по сути, означают здесь одно и то же. Температура любого излучения абсолютно черного тела связана с максимальной длиной волны по закону Вина.

λ м а Икс "=" б Т
Следовательно, по мере расширения Вселенной все длины волн фотонов растягиваются, как и пиковая длина волны.
λ ∝ а ( т )
Это снижает температуру излучения на тот же коэффициент, что и увеличивает длину волны фотонов.
Т ∝ 1 а ( т )
Этот фактор а ( т ) является масштабным фактором Вселенной и увеличивается со временем для расширяющейся Вселенной.

Я думаю, что лучший способ думать об этом состоит в том, что предложение «фотоны остыли» просто описывает факт, а не объясняет этот факт. В ранние времена фотоны в любом заданном месте имели тепловое распределение (черное тело), ​​соответствующее высокой температуре (измеряемой наблюдателями, находящимися в состоянии покоя в естественной сопутствующей системе отсчета). В более поздние времена фотоны в любом заданном месте имели тепловое распределение, соответствующее более низкой температуре. Вот что мы имеем в виду, когда говорим, что они «остыли».

Конечно, тогда очень естественно спросить, почему они охлаждались. Вот тут-то и появляется объяснение «растягивания пространства». Я думаю, что это объяснение проблематично, как я подробно писал здесь , но другие не согласны.

Разве это не довольно большая разница между «растяжением» отдельного фотона (что приводит к меньшему количеству обнаруженных квантов энергии при приеме) и изменением общего распределения длин волн (соответствующим сдвигу кажущейся температуры черного тела)?
Я не думаю, что понимаю это. «Факты дела» заключаются в том, что наблюдатели в какой-то момент времени измеряют фотоны, распределение длин волн которых сосредоточено вокруг коротких длин волн, наблюдатели в более позднее время измеряют распределение, сосредоточенное вокруг длинных длин волн, а последние наблюдатели измеряют более низкую плотность фотонов. Все эти факты можно обобщить словом «охлажденный» (поскольку эти факты точно описывают разницу между высокотемпературным и низкотемпературным спектром абсолютно черного тела). Некоторым людям нравится «объяснять» этот факт «растягивающим» языком.
Я больше думал об особом случае с одним фотоном достаточно определенной энергии, выпущенным 3 миллиарда лет назад, и его энергия, измеренная сейчас, оказалась уменьшенной. Тема черного тела находится на другом уровне анализа, не так ли, при обсуждении интерпретаций всего распределения фотонов?
Это правда, что было бы не очень естественно использовать слово «охлажденный» для описания отдельного фотона, особенно фотона, не полученного из теплового распределения.
Это потрясающее объяснение, Тед, спасибо за это!

Я буду использовать большую часть ответа @Ted, чтобы описать «горячий», но я задам более простой вопрос:

Я думаю, что лучший способ думать об этом состоит в том, что предложение «фотоны остыли» просто описывает факт, а не объясняет этот факт. В ранние времена фотоны в любом заданном месте имели тепловое распределение (черное тело), ​​соответствующее высокой температуре (измеряемой наблюдателями, находящимися в состоянии покоя в естественной сопутствующей системе отсчета). В более поздние времена фотоны в любом заданном месте имели тепловое распределение, соответствующее более низкой температуре. Вот что мы имеем в виду, когда говорим, что они «остыли».

В: Что произошло бы, если бы фотоны реликтового излучения в прошлом были действительно горячими?
О: Это невозможно!

как видно здесь: Остающиеся проблемы в интерпретации космического микроволнового фона :

ожидаемое повышение температуры реликтового излучения будет препятствовать звездообразованию в галактиках при красных смещениях выше, чем г "=" 2 где, тем не менее, наблюдались космологически наиболее значимые сверхновые звезды.

Официальная интерпретация реликтового излучения в горячем прошлом Вселенной находится под угрозой. Одна веская причина считать, что более крупные атомы в прошлом излучали на больших длинах волн, объясняя космологическое красное смещение, как показано здесь : Автомодельная модель Вселенной раскрывает природу темной энергии.

Фотоны реликтового излучения «остыли» или «растянулись»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v