我和deepseek谈聊宇宙里的小问题（一）

我有一个问题想问你。那光在你个那个黑暗中就是在宇宙中就传播过程中连点损失都没有吗？光本身能量并不高，我们看到的也仅仅是星光的点点。你说11年一道光能走了10亿多年，他的能量一点都不衰减吗？你不觉得很奇怪吗？ DeepSeek回答1： 关于光在宇宙中传播时的能量问题，您的观察和疑问非常有趣，这涉及物理学中的几个关键概念。我们可以从以下几个角度逐步分析： 1. 真空中光的传播特性 无介质，无经典能量损失：光（电磁波）在真空中传播时，由于没有原子或分子等介质阻碍，理论上不会像声音在空气中传播那样因摩擦或碰撞损失能量。这也是为什么宇宙中的光能传播数十亿年的原因。 能量守恒的体现：真空中光的能量不会被“消耗”，但会因传播范围的扩大而发生能量密度降低（见下文第2点）。 2. 光的扩散与能量密度（平方反比定律） 为什么星光看起来微弱：光源（如恒星）发出的光会向所有方向均匀扩散。随着传播距离增加，光的能量会分布到越来越大的球体表面上。单位面积接收到的能量与距离平方成反比（公式：I = \frac{P}{4\pi r^2}I=4πr2P​，其中 II 是光强，PP 是光源功率，rr 是距离）。即使光源本身能量极大（如恒星），当光传播到地球时，单位面积接收到的能量已极其微小，这就是星光看起来是“点点”的原因。 3. 宇宙膨胀与光子能量衰减（红移） 哈勃红移的影响：宇宙的膨胀会导致光波波长被拉长（红移），光子能量降低（能量 E = hc/\lambdaE=hc/λ，波长 \lambdaλ 增大，能量 EE 减小）。例如，来自110亿光年外的光可能因宇宙膨胀发生显著红移，能量降低。但这种现象并非传统意义上的“能量损失”，而是时空膨胀导致的能量稀释。 能量去向问题：红移导致的能量降低并未违反能量守恒，因为这部分能量被转化为宇宙膨胀的“做功”（广义相对论框架下，能量守恒在宇宙尺度上的定义需谨慎处理）。 4. 星际介质的吸收与散射 实际宇宙并非完美真空：尽管星际空间的物质密度极低（约每立方米几个原子），但光在传播数十亿年的过程中仍可能遇到星际尘埃、气体云等，导致部分光被吸收或散射（如银河系内的星光因尘埃遮挡形成暗区）。不过，这种衰减对遥远星光的整体能量影响较小。 5. 实例验证：观测遥远天体的可行性 类星体与宇宙微波背景辐射： 类星体（quasars）的光需要传播百亿年才能到达地球，其可见性证明了光在宇宙中的长距离传播能力。 宇宙微波背景辐射（CMB）是138亿年前大爆炸的余辉，至今仍能被探测到，尽管其能量因红移已降至微波波段。 超新星观测：通过测量Ia型超新星的光度与红移关系，科学家发现其亮度衰减规律与宇宙膨胀理论吻合，间接验证了红移对光能的影响。 总结 光在真空中传播时，其能量本身不会“衰减”，但会因以下原因导致观测到的能量减少： 几何扩散（能量密度随距离平方下降）； 宇宙学红移（时空膨胀拉低光子能量）； 星际介质吸收（实际宇宙中的微量物质影响）。 因此，来自数十亿光年外的星光虽然极其微弱，但其能量并未在传统意义上“消失”，而是以符合物理定律的方式被稀释或转化。这一现象不仅不奇怪，反而是现代宇宙学理论的重要观测基础。 如果您对某个具体机制（如红移的数学描述或能量守恒的宇宙学解释）感兴趣，可以进一步探讨！