當一個光子產生宇宙學紅移，這個光子所含有的能量去了哪裡呢？

一個宇宙光子所具備的能量是不會消失或轉移的。動能並不屬於物體的一種內在屬性，它的價值是取決於它的觀察者的。假設你開了一槍射出了一枚子彈，它是具有強大的動能的，對嗎？但如果假設當我乘坐一架超音速飛機與這枚子彈並行飛行，並且伸出手抓住了這枚子彈。在我看來，這枚子彈是停滯的，同我的飛機相較是靜止的。

當我抓住它的時候，並沒有什麼動能問題需要我擔心；在我的空間參考裡這枚子彈是靜止的，因此它的動能為0。那能量究竟去哪了呢？答案是能量哪裡都沒有去；因為在兩個完全不同並且並不相容的空間裡，答案永遠都是不一致的。同樣的道理也適用於宇宙光子。當我們測量那些光子，我們和發出光子的介質並不處於同一個空間座標。

首先，我們是以相對速度相對於該介質進行著運動。其次，我們身處不同的引力環境下；現今時代的平均重力勢相較宇宙初期稠密的重力要遠遠小的多。想象自己站在一個強重力場的物體表面（這個表面的重力勢可以與問題中的光子被髮出時的平均重力勢相比較）而該物體正以高速相對於各向同性空間座標進行運動（它相對於發出光子的介質確實是相對停滯不動的）這枚即將到達的光子的動能其實於它被髮出時的動能是一樣的。

用簡單點的話來說，光子在被髮出後在被接收到前的這段時間裡並沒有與任何物質互相作用。它並沒有獲得或失去任何能量。能量之所以不同是因為觀察者（也就是你自己）所在的空間座標與光子到達時的空間及發出光子的介質所在的空間不同的，這是由於包括宇宙膨脹，遙遠物體之間產生的執行速度，還有長久以來的重力勢變化而導致的。

在宇宙紅移中，光子被傳播到更廣闊的空間中，相對於恆星發出的光線，向長波方向移動。光子在紅移中會損失部分能量，這部分能量轉化為光子的整體勢能。

這是因為在宇宙紅移超光速的情況下，光子波長被迫拉長，其較弱的能量無法適應波長，能量和頻率會被降低，但仍保持部分動質量。這些最後都轉化為它的勢能。

2020-3-29