那功
那么给物体施加一个和运动方向相反的力 ， 我们就说这个力对物体做了负功 ， 典型的例子就是摩檫力 ， 它就和物体的运动方向相反 ， 那么摩檫力做的就是负功 ， 它降低了系统的能量 。
可以看出做功是一个能量到另外一个能量转变的过程 ， 比如说 ， 处在山坡上的小球滚入山谷 ， 在这个过程中引力对小球做了正功 ， 势能转变为动能 。 水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起 ， 这是内能转化为了机械能 。
好 ， 掌握了以上的概念 ， 我们接下来就说 ， 微波背景辐射中的能量去了哪里？
先举个例子 ， 在一个有活塞的容器当中 ， 如果给其中的气体加热 ， 由于温度的升高 ， 气体分子的运动会更加的剧烈 ， 这时气体就会膨胀到更大的空间 ， 对活塞做功 ， 就将自己的内能转化成了活塞的机械能了 。 相反的 ， 把活塞使劲向下压 ， 也会使得容器内的气体升温 ， 内能增加 。
现在我们把宇宙也形象成一个容器 ， 里面充满了光子 。 宇宙现在在膨胀 ， 光子失去了能量 ， 我们就可以认为光子就像容器中的气体一样对宇宙做了功 ， 并且是正功 ， 将自己的能量作用到了空间本身 ， 所以它失去了能量 。
假如现在空间收缩的话 ， 那么空间反过来就会对其中的光子做功 ， 使它能量增加 ， 这就像是我们压缩活塞一样 ， 气体反过来也会升温 。
所以我们认为 ， 在一个膨胀的宇宙当中能量也是守恒的 ， 光子的能量并没有凭空消失 ， 而是对空间做了正功 。
这样的说法也许还能回答另外一个难题 ， 我们知道空间不断被创生 ， 但创生出来的空间中又包含了所谓的暗能量 ， 所以说宇宙虽然在不断地变大 ， 但是暗能量的密度并不会下降 。
所以这时就有人要问了 ， 不断创生的暗能量是不是也破坏了能量守恒定律 ， 刚好 ， 我们现在就可以认为微波背景辐射中的光子损失的能量正是暗能量的来源 。 这样的话 ， 宇宙依旧会保证能量守恒 。
当然还有另外的解释 ， 我们认为宇宙中的物质相互吸引具有负势能 ， 比如说 ， 两个物体一开始离得非常远 ， 它们的动能、势能之和为零 ， 但是它俩之间有吸引力 ， 如果让它俩开始靠近 ， 最后是动能越来越大 ， 那为了保证它们两个之间得能量守恒 ， 我们就必须认为它俩之间得势能为负能量 ， 而且离得越近势能的负值越大 。 所以对于引力来说 ， 势能可以是负能量 。
那宇宙的膨胀就会增加这种负能量 ， 为了保证能量守恒 ， 所以空间中有了暗能量 。 这都是一些可能的解释 。
我相信有很多人会对这些解释不满意 ， 那就只能等待量子引力理论诞生以后 ， 我们对能量有一个更加严格的定义 ， 更深一层的认识之后 ， 才能知道宇宙在膨胀的过程中是不是能量守恒的 。
【能量守恒被破坏？微波背景辐射中光子的能量去了哪里？】好了 ， 那今天的内容就到了这里了 。 这节课结束以后 ， 宇宙学系列就说完了 ， 希望对你能有所帮助 。
推荐阅读
- 任何单一的星系都揭示了整个宇宙的组成
- 宇宙的终极命运一共有五个假说，究竟哪个更靠谱？
- 暗能量，让年轻、强壮，貌似永恒不朽的宇宙，也要经历生老病死
- 灵魂真的存在吗？一文了解“玻尔兹曼大脑”理论，看完或会明白
- 星系“全员加速中”的退行超出预期
- 科学家公布迄今最大三维宇宙图
- 地球上的水越来越少了？科学家找到证据，它在向太空逃逸
- 宇宙到底长什么样？迄今为止最详细3D地图公开，还发现一个惊人秘密
- 宇宙大撕裂：科学家认为，宇宙最终的结局可能是终极的孤独
- 宇宙中的5大未解之谜？