Куди може зникнути фотон?

У нас є 25 відповідей на запитання Куди може зникнути фотон? Швидше за все цього вистачить, щоб ви отримали відповідь на ваше запитання.

• Що буде, якщо фотони зіткнутися?
• Де знаходяться фотони?
• Звідки береться фотон?
• Скільки летить фотон до Землі?
• Куди зникають фотони, коли гасне світло?
• Чому для фотона немає часу?
• Чого немає фотона?
• Як фотони поглинаються?
• Чи можна зупинити фотон?
• Скільки часу може жити фотона?
• Куди може зникнути фотон? Відповіді користувачів
• Куди може зникнути фотон? Відео-відповіді

14 травня 2021 р. — А отже всі ці процеси можна звести до двох частинок – електрону та фотону, як переноснику електромагнітних хвиль. . Куди зникають фотони коли.

Що буде, якщо фотони зіткнутися?

Відповідно до спеціальної теорії відносності Ейнштейна, якщо досить сильно зіштовхнути два фотони разом, утворюється матерія: пара електрон - позитрон. Тепер фізики отримали експериментальне підтвердження цього. Дослідження опубліковано у Physical Review Letters, коротко про нього розповідає Science Alert.

Де знаходяться фотони?

Фотони завжди знаходяться у русі та у вакуумі рухаються із постійною швидкістю до всіх спостерігачів 2,998 x 10 8 м/с. Це зазвичай називається швидкістю світла та позначається буквою "С".

Звідки береться фотон?

Фотони є частинки речовини із спарених вихрових нейтрино. Безперервне обертання нейтрино серед електромагнітного поля забезпечує рух фотона зі швидкістю світла. Всі оптичні явища пов'язані з розмірами фотона.

Скільки летить фотон до Землі?

Не слід плутати поняття «сонячний вітер» (потік іонізованих частинок, що долітає від Сонця до Землі за 2—3 доби) і «сонячний світло» (потік фотонів, що долітає від Сонця до Землі в середньому 8 хвилин 17 секунд).

Куди зникають фотони, коли гасне світло?

Фотон літає по кімнаті, стикаючись з поверхнями і втрачаючи енергію, і зрештою поглинається будь-яким предметом. Коли ви вимикаєте світло, фотони, які вже випущені лампою, одразу нікуди не діваються — вони продовжують літати кімнатою, відбиваючись від предметів.

Чому для фотона немає часу?

Для фотона немає системи відліку (не можна перейти в систему відліку фотона. У ній немає ні часу, ні простору. Можна розглядати як нуль-перехід, дві матеріальні частинки просто обмінялися енергією із затримкою у часі).

Чого немає фотона?

Фотон не має електричного заряду і не розпадається спонтанно у вакуумі, а тому належить до стабільних елементарних частинок.

Як фотони поглинаються?

Поглинання фотонів речовиною в основному відбувається за рахунок трьох процесів: фотоефекту, комптон-ефекту та народження електронно-позитронних пар у кулонівському полі ядра.

Чи можна зупинити фотон?

Основні властивості фотона

Скільки часу може жити фотона?

Фотони безсмертні. Вчені фіксують реліктове випромінювання. Вік якого дорівнює віку всесвіту. Просто в міру руху фотон розтягується у довжині.

Куди може зникнути фотон? Відповіді користувачів

16 Грудня. 2018 р. - Будь-яке світло може бути поглинений, а не лише його інфрачервона (теплова) частина. Погане дзеркало може вбрати достатньо світла, щоб ваше .

Не може чи фотон в якійсь дикій теорії віддавати частину енергії при . Фотон зупиниться, зникне або. 0. Відповісти.APLe 19 січ 2017 в 13:29 .За ідеєю .

24 березня. 2020 — Отже, її неможливо виявити за допомогою телескопів, але її присутність можна встановити за участю у гравітаційній взаємодії. Як .

27 квіт. 2015 р. фотон (Електромагнітне поле) не може зникнути і не може поширяться зі швидкістю іншою, ніж С. І енергії йому не потрібно для .

29 черв. 2019 р. - . фотоном може відбутися лише дві речі: об'єкт поглине його чи відобразить. Як правило, відбувається і те, й інше. Частина енергії фотона .

20 бер. 2020 р. — Однак, що відбувається, коли джерело світла раптово гасне, куди діваються фотони, зникають вони безслідно чи переходять в інший стан?

27 вер. 2019 р. — Але варто її вимкнути і приміщення поринає у темряву. Що ж відбувається з крихтами-фотонами? При зіткненні з об'єктом, з фотоном може .

3 травня 2019 р. — Проте в той же час, фотон для нас може існувати практично нескінченно - до моменту загибелі Всесвіту, рухаючись у просторі.

Коли ви вимикаєте світло, фотони, які вже випущені лампою, одразу нікуди не діваються. вони продовжують літати по кімнаті, відбиваючись від предметів. Через якийсь час вони втрачають енергію і поглинаються.17 Грудня. 2018 р.

Розпад фотону. Час життя

Визначено нижню межу існування фотонів по енергії. Розглянуто процес розпаду фотона. Наведено формулу часу життя і доведено процес перекачування початкової енергії фотона в потенційну енергію, для якої обчислена формула, виходячи з енергії обмінної взаємодії для тотожних частинок.

ЧАС ЖИТТЯ ФОТОНА ДО РОЗПАДУ.

У попередніх роботах досліджено одиночний фотон у вакуумі та визначено:

Раніше встановлено, що модуль розподілу ? , а також квантом енергії в акті зменшення енергії фотона:

h v 1 = h v 0 − θ = hv_-theta > . h v 2 = h v 1 − θ = hv_-theta > і т.д.

НИЖНЯ КОРДОНА З ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ФОТОНА.

Розгляд енергетичної рівності при розпаді фотона можливий із припущенням (постулюванням) втрати енергії θ, яка обчислена в [1] і дорівнює θ на кожному акті розпаду.

Константа θ в статистиках Б-Е і Фермі, яка також представляє квант енергії при трансформації кожного з фотонів ансамблю h v 0 , h v 1 , h v 2 . . . , hv_, hv_. > надалі, одночасно θ є енергією зв'язку для формування розподілу бозонів.

До цього, слід додати наступне: постійно зустрічається кількостей U ( v ) про з двох констант h θ >> має розмірність [c] і гіпотетично може бути представлено як квант часу, найменший інтервал часу, що допускається природою: q = h θ >> ( це час релаксації − 10 − 12 c c , ).

Отже, фундаментальні уявлення про квантування електромагнітного випромінювання обмежені деяким порогом, що визначається формулою часу життя фотона. Приймаючи квант часу за величиною рівним часу релаксації і припустивши t = e10^(-12) (приблизно нуль часу життя фотона) отримуємо обмеження за частотою випромінювання порядку 10 12 > коливань в секунду - що близько до фону радіочастотного діапазону, що називається мікроволом температурою 2,7 град. Кельвіна.

Квантування випромінювання відбувається у всьому діапазоні електромагнітних хвиль, лише у просторі частот , обмежених знизу , зазначеної величиною , нижче цього значення відбувається поширення хвиль. Зменшення енергії при досягненні порогу завершується зникненням кванта як частинки і далі енергія існує у вигляді хвиль.

Існуюче уявлення про те, що фотон - вічний (зіткнення з іншими частинками не розглядаються) при русі в абсолютному вакуумі - помилково, оскільки з формули ( 1 ) випливає його розпад упродовж часу

залежить від початкової енергії. Причому досліджено шлях перерозподілу початкової енергії на енергію потенційного поля.

ПОТЕНЦІЙНА ЕНЕРГІЯ ФОТОННОГО ПОЛЯ.

Розгляд енергетичного балансу [1] дозволяє зробити висновок, що енергія, випромінювана при кожному акті розпаду фотона, акумулюється в енергію зв'язку частинок.

При дослідженні тотожних частинок зі спином рівним нулю виявляється, що, крім силового, виникає колективна взаємодія, т.е. н. квазіпотенційний (далі потенційний) енергетичний зв'язок, т.ч. для двох частинок-бозонів ця енергія U (r):

тобто. для фотонів в ансамблі треку ця рівність з урахуванням m = h v c 2 >>>; r = h θ c > c> , k T = θ , R 0 2 = 2 h 2 θ m ^=<\frac <2h^>>> , ( r -відстань між вторинними фотонами в t-системі спостерігача, h θ >> – інтервал часу між актами розпаду) перетворюється на U (v):

у потенційну енергію Б - Е розподілу т. е. зі зникненням фотона енергія переходить повністю в потенційну енергію , що зумовлює енергію формування розподілу Б-Е.

Раніше встановлено, що модуль розподілу ? , а також квантом енергії в акті зменшення енергії фотона:

h v 1 = h v 0 − θ = hv_-theta > , h v 2 = h v 1 θ = hv_-theta > і т.д.

ЗБЕРІГАННЯ ЕНЕРГІЇ ПРИ РОЗПАДІ ФОТОНА

Розгляд енергетичної рівності при розпаді фотона можливий із припущенням (постулюванням) втрати енергії θ, яка обчислена і дорівнює θ на кожному акті розпаду.

Диференціал кількості бозонів в інтервалі енергії ( ε 1 ε + δ ε ) \varepsilon +\delta \varepsilon )>

де d 6 - ел-т об'єму фазового простору ( x , p x ) )> : d 6 = d x ∗ d p x >

Перше значення енергії E 1 > адекватно описує процес перекачування енергії з h v 0 > потенційну енергію зв'язку статистики Б-Э:

E 1 = ε 0 + θ − m θ = h v 0 − ( m − 1 ) θ =\varepsilon _+\theta -m\theta = hv_-(m-1)\theta

( m − 1 ) θ - відповідає енергії ”відданої” фотоном при всіх m актах розпаду, яка точно дорівнює енергії ε 0 > (при розкладанні експонент у ряд):

E 1 = ε 0 + θ − θ ( 1 − ε 0 θ ) = ε 0 + θ − θ − θ ε 0 θ = 0 =\varepsilon _+\theta -\theta 1-<\frac <\varepsilon _> >=\varepsilon _+\theta -\theta -\theta <\frac <\varepsilon _>>=0>

Слід зробити висновок, що з розпадом фотона вся енергія переходить у потенційну енергію зв'язку:

h v 0 → ( m − 1 ) θ \rightarrow (m-1)\theta >

Однак, енергія системи залишається рівною початковій енергії ε 0 > , причому якщо E 1 > величина ( m − 1 ) θ входила з мінусом, то E 2 > ця величина позитивна і дорівнює енергії зв'язку і ε 0 > .

Остаточно E = E 1 = E 2 = ε 0 =E_=\varepsilon _> , але зі зникненням фотона енергія переходить повністю в потенційну енергію , що зумовлює енергію формування розподілу Б-Е , що справедливо як для T-системи треку фотона , так і для системи t-спостерігача

ВИСНОВОК

Грунтуючись на фундаментальних законах статистичної фізики та принципу найменшої дії, отримано рівняння розпаду фотона та його часу життя, які свідчать: фотон розпадається з формуванням потенційного поля з енергією рівної енергії випромінюваного фотона.

Розпад фотона досліджено та обчислено формулу часу життя фотона. Встановлено канал перекачування енергії фотона у потенційну енергію зв'язку статистики Бозе-Ейнштейна.

ЛІТЕРАТУРА

С.А.Ломашевіч Фотон. Рівняння та теорія розпаду.. - вид. "Культ Інформ Прес", Спб, 2015.

АВТОР

С.А.Ломашевіч (Дослідницький центр Харитоново)

Чи справді фотони вічні?

Одна з найстійкіших ідей у ​​всьому Всесвіті полягає в тому, що все, що існує зараз, колись припинить своє існування. Зірки, галактики і навіть чорні дірки, що займають простір нашого Всесвіту, колись згорять, потьмяніють і розпадуться, перейшовши в стан, який ми називаємо «тепловою смертю»: коли з рівномірного, рівноважного стану з максимальною ентропією неможливо буде витягти енергію жодним способом.Але, можливо, із цього загального правила є винятки, і деякі речі справді житимуть вічно.

Одним із таких кандидатів у справді стабільні сутності є фотон — квант світла. Все електромагнітне випромінювання, що існує у Всесвіті, складається з фотонів, а фотони, як ми можемо судити, мають нескінченний час життя. Чи означає це, що світло дійсно житиме вічно? Відповісти на це питання не так просто. Ми можемо уявити собі обставини, за яких вони дійсно будуть жити вічно, але ми також можемо уявити випадки, коли вони розпадаються, перетворюються на інші частки або навіть перетворюються на щось нове чи несподіване. Це велике та цікаве питання, яке ставить нас на межу всього, що ми знаємо про Всесвіт. Ось найкраща відповідь, яка є у науки на сьогоднішній день.

Як вперше зауважив Весто Слайфер у 1910-х роках, деякі об'єкти, які ми спостерігаємо, мають спектральні ознаки поглинання або випромінювання певних атомів, іонів або молекул, але з систематичним зміщенням у червону або синю частину світлового спектру. У поєднанні з вимірами відстані до цих об'єктів ці дані привели до початкової ідеї Всесвіту, що розширюється: чим далі галактика, тим більше її світло буде здаватися червоним нашим очам і приладам.

Вперше питання про те, що фотон має кінцевий час життя, виникло з дуже вагомої причини: ми тільки що виявили ключовий доказ Всесвіту, що розширюється. Спіральні та еліптичні туманності в небі виявилися галактиками, або, як їх тоді називали, «острівними всесвітами», що далеко виходять за межі Чумацького Шляху. Ці скупчення мільйонів, мільярдів і навіть трильйонів зірок розташовувалися з відривом щонайменше мільйонів світлових років, що дозволяло віднести їх далеко межі Чумацького Шляху.Більше того, швидко з'ясувалося, що ці далекі об'єкти не просто далекі, а, схоже, віддаляються від нас, оскільки чим більше вони віддалялися, тим більше світло від них виявлялося систематично зміщеним у бік більш червоних і довгих хвиль.

Звичайно, на той час, коли ці дані стали широко доступними в 1920-1930-х роках, ми вже дізналися про квантову природу світла, яка показала нам, що довжина хвилі світла визначає його енергію. Ми також добре знали спеціальну і загальну теорію відносності, з яких випливало, що, як тільки світло залишає своє джерело, воно може змінити свою частоту, тільки:

• через взаємодію з будь-якою формою матерії та/або енергії,
• через рух спостерігача або до нього, або від нього,
• через зміну властивостей кривизни самого простору, наприклад, в результаті гравітаційного червоного/блакитного зміщення або розширення/стиснення Всесвіту.

Перше потенційне пояснення, зокрема, призвело до формулювання цікавої альтернативної космології: космології втомленого світла.

За досить довгий час світло, випущене далеким об'єктом, дійде до наших очей навіть у Всесвіті, що розширюється. Однак якщо швидкість рецесії далекої галактики досягає і залишається вищою за швидкість світла, ми ніколи не зможемо досягти її, навіть якщо зможемо зловити світло з її далекого минулого.

Вперше сформульована в 1929 році Фріцем Цвіккі — так, тим самим Фріцем Цвіккі, який придумав термін «наднова», вперше сформулював гіпотезу темної матерії і одного разу намагався «заспокоїти» турбулентне атмосферне повітря, стріляючи з гвинтівки в світло тіло. про те, що світло, що поширюється, втрачає енергію в результаті зіткнень з іншими частинками, присутніми в просторі між галактиками. Чим більший простір, через який світло поширюється, тим більше енергії втрачається в результаті цих взаємодій, і саме це, а не особливі швидкості або космічне розширення, пояснює, чому світло здається сильнішим для більш віддалених об'єктів.

Однак для того, щоб цей сценарій виконувався, мають бути вірними два передбачення.

1. Коли світло проходить через середовище, навіть розріджене, воно сповільнюється від швидкості світла у вакуумі до швидкості світла у цьому середовищі. Це уповільнення впливає світ різних частот різною мірою. Подібно до того, як світло, що проходить через призму, розщеплюється на різні кольори, світло різних довжин хвиль, що проходить через міжгалактичне середовище, яке взаємодіяло з ним, повинно сповільнюватися по-різному. Коли це світло знову потрапить у справжній вакуум, воно знову рухатиметься зі швидкістю світла у вакуумі.

У вакуумі космосу весь світ, незалежно від довжини хвилі чи енергії, рухається однаковою швидкістю: швидкістю світла у вакуумі. Коли ми спостерігаємо світло від далекої зірки, ми спостерігаємо світло, яке вже пройшло шлях від джерела до спостерігача.

І все ж, спостерігаючи за світлом, що походить від джерел на різних відстанях, ми не виявили залежності довжини хвилі від величини червоного зміщення, яке демонструє світло. Навпаки, усім відстанях все довжини хвиль випромінюваного світла зміщуються точно такий самий коефіцієнт, як й інші; ніякої залежності від довжини хвилі для червоного усунення не існує. Через це нульове спостереження перше передбачення космології втомленого світла спростовано.

Але є й друге передбачення, з яким теж треба зважати.

1. Якщо більш віддалене світло втрачає більше енергії, проходячи більшу відстань по «середовищу з втратами», ніж менш віддалене світло, то більш віддалені об'єкти повинні здаватися розмитими на більшу і більшу величину, ніж менш віддалені. І знову, коли ми перевіряємо це передбачення, ми виявляємо, що воно не підтверджується спостереженнями. Більш віддалені галактики при спостереженні поруч із менш віддаленими галактиками виглядають такими ж чіткими і з високою роздільною здатністю, як і менш віддалені. Це справедливо, наприклад, для всіх п'яти галактик у квінтеті Стефана, а також для фонових галактик, які видно за всіма п'ятьма членами квінтету. Це передбачення також виявилося спростованим.

Основні галактики квінтету Стефана, відкриті «Веббом» 12 липня 2022 року. Відстань до галактики зліва становить лише ~15 % від відстані до інших галактик, а фонові галактики перебувають у багато десятків разів далі. Але зображення їх усіх однаково чітке, що демонструє, що Всесвіт сповнений зірок і галактик практично скрізь, куди б ми не подивилися.

Хоча ці спостереження досить хороші, щоб спростувати гіпотезу втомленого світла - і, по суті, вони були досить хороші, щоб спростувати її відразу ж, як тільки вона була запропонована, це лише один з можливих варіантів того, як світло може бути нестабільним. Світло може або згаснути, або перетворитись на якусь іншу частинку, і є кілька цікавих способів розглянути ці можливості.

Перший випливає просто з того факту, що ми маємо космологічне червоне зміщення. Кожен породжений фотон, незалежно від того, як він був породжений - термічно, в результаті квантового переходу або будь-якої іншої взаємодії - поширюватиметься по Всесвіту, поки не зіткнеться і не вступить у взаємодію з іншим квантом енергії. Але якщо йдеться про фотон, випущений в результаті квантового переходу, то, якщо він не зможе досить швидко вступити в зворотну квантову реакцію, він почне подорожувати міжгалактичним простором, причому його довжина хвилі буде збільшуватися через розширення Всесвіту в міру подорожі. Якщо йому не пощастить, і його не поглине якийсь атом у квантовому зв'язаному стані з підходящою допустимою частотою переходу, він все далі й далі йтиме в червону частину спектра, поки не перейде межа максимальної довжини хвилі, після якої його вже не можна буде поглинути .

Цей синтез трьох різних наборів спектральних ліній від лампи на ртутних парах показує, який вплив може мати магнітне поле. В (А) магнітне поле відсутнє. В (B) та (C) магнітне поле є, але воно орієнтоване по-різному, що пояснює різне розщеплення спектральних ліній.Багато атомів демонструють таку тонку або навіть гіпертонку структуру без застосування зовнішнього поля, і ці переходи дуже важливі, коли йдеться про створення функціональних атомних годинників. Багато переходів, такі як показані тут, є дискретними, а чи не безперервними процесами.

Однак є і другий набір можливостей, який існує для всіх фотонів: вони можуть взаємодіяти з вільною квантовою частинкою, викликавши один з безлічі ефектів.

Це може бути, наприклад, розсіювання, коли заряджена частка - зазвичай електрон - поглинає, а потім знову випромінює фотон. При цьому відбувається обмін енергією та імпульсом, або заряджена частка, або фотон можуть досягти більш високого рівня енергії за рахунок того, що в іншої частинки залишиться менше цієї енергії.

При досить високих енергіях зіткнення фотона з іншою частинкою навіть з іншим фотоном, якщо енергія досить висока, може спонтанно призвести до утворення пари частка-античастка, якщо є достатньо енергії для того, щоб вони обидві пройшли через ейнштейнівське E = mc². Насправді, космічні промені з найвищою енергією можуть робити це навіть з фотонами з напрочуд низькою енергією, які є частиною реліктового випромінювання (РІ) — залишкового світіння Великого вибуху. Для космічних променів з енергією вище ~1017 еВ один типовий фотон РІ має шанс зробити електрон-позитронні пари. При ще більш високих енергіях, швидше за ~10 20 еВ, фотон РІ має значно більші шанси перетворитися на нейтральний півонія, що досить швидко позбавляє космічні промені енергії.Це основна причина, через яку спостерігається різкий спад у популяції найвищих енергетичних космічних променів: вони знаходяться вище цього критичного енергетичного порога.

Енергетичний спектр космічних променів найвищих енергій у розбивці за колабораціями, що їх виявили. Усі результати неймовірно добре узгоджуються від експерименту до експерименту та показують значний спад на порозі ГЗК ~5 x 10^19 еВ. Тим не менш, багато подібних космічних променів перевищують цей енергетичний поріг, що вказує на недолік у спрощеному уявленні про ці космічні промені.

Іншими словами, навіть дуже низькоенергетичні фотони можуть бути перетворені на інші частинки при зіткненні з іншою часткою з досить високою енергією.

Є ще третій спосіб зміни фотона, крім космічного розширення або перетворення на частинки з ненульовою масою спокою: розсіяння від частки, у результаті якого утворюються додаткові фотони. Практично в кожній електромагнітній взаємодії, або взаємодії між зарядженою часткою і хоча б одним фотоном, існують так звані «радіаційні поправки», що виникають у квантових теоріях поля. Для кожної стандартної взаємодії, в якій на початку та наприкінці існує однакова кількість фотонів, існує трохи менше 1% шансів — точніше, 1/137, — що наприкінці ви випромінюєте додатковий фотон понад ту кількість, з якою ви почали.

І щоразу, коли у вас є енергійна частка, що має позитивну масу спокою і позитивну температуру, ці частинки також будуть випромінювати фотони, втрачаючи енергію у вигляді фотонів.

Фотони дуже, дуже легко створити, і хоча їх можна поглинути, викликавши відповідні квантові переходи, більшість збуджень через певний час припиняють своє існування. Як і в старій приказці «Що піднімається, те й опускається», квантові системи, які збуджуються до більш високих енергій за рахунок поглинання фотонів, зрештою теж розпадаються, виробляючи принаймні ту саму кількість фотонів, як правило, з тією ж чистою енергією, як і поглинені спочатку.

Коли утворюється атом водню, спини електрона та протона з рівною ймовірністю можуть бути вирівняні та анти-вирівняні. Якщо вони анти-вирівняні, то ніяких подальших переходів не відбудеться, а якщо вирівняні, то вони можуть квантово тунелювати в стан з нижчою енергією, випускаючи фотон з дуже специфічною довжиною хвилі (21 см) в дуже специфічному і досить тривалому інтервалі. Цей перехід був виміряний з точністю більше 1 частини на трильйон і не змінювався багато десятиліть, протягом яких він був відомий. Це перше світло, що з'явилося у Всесвіті після утворення нейтральних атомів та ще до утворення перших зірок. З'являвся і після: при формуванні нових зірок ультрафіолетове випромінювання іонізує атоми водню, створюючи цю сигнатуру знову, коли ці атоми спонтанно переформуються.

Враховуючи, що існує так багато способів створення фотонів, ви, ймовірно, слиною виходите від бажання знайти спосіб їх знищити. Зрештою, просте очікування, поки ефекти космічного червоного усунення приведуть їх до асимптотично низького значення енергії та щільності, займе довільно багато часу.Щоразу, коли Всесвіт збільшується вдвічі, загальна щільність енергії у вигляді фотонів падає в 16 разів: в 2-4 рази. Множник 8 з'являється тому, що кількість фотонів — незважаючи на всі способи їх створення — залишається відносно фіксованою, а подвоєння відстані між об'єктами збільшує обсяг Всесвіту, що спостерігається, в 8 разів: вдвічі в довжину, вдвічі в ширину і вдвічі в глибину .

Четвертий і останній фактор, що дорівнює двом, виникає в результаті космологічного розширення, яке розтягує довжину хвилі в два рази в порівнянні з початковою довжиною хвилі, тим самим вдвічі зменшуючи енергію на один фотон. На досить великих часових масштабах це призведе до того, що щільність енергії Всесвіту у вигляді фотонів буде асимптотично прагнути нуля, але ніколи не досягне його.

У той час як матерія та випромінювання стають менш щільними в міру розширення Всесвіту через збільшення його обсягу, темна енергія – це форма енергії, властива самому простору. У міру того як у Всесвіті, що розширюється, утворюється новий простір, щільність темної енергії залишається постійною.

Можна спробувати порозумнішати і уявити якусь екзотичну частинку надмалої маси, яка з'єднується з фотонами і на яку фотон може перетворитися за відповідних умов. Якийсь бозон або псевдоскалярна частка — наприклад, аксіон або аксіно, нейтрино конденсат або якась екзотична куперовська пара — могли б призвести саме до таких явищ, але, знову ж таки, це працює тільки в тому випадку, якщо фотон має досить високу енергію щоб перетворитися на частинку з ненульовою масою спокою через E = mc².Як тільки енергія фотона зміщується нижче за критичний поріг, це вже не працює.

Аналогічним чином можна уявити кінцевий спосіб поглинання фотонів: зіткнення їх з чорною діркою. Як тільки що-небудь переходить ззовні горизонту подій усередину, воно не тільки ніколи не зможе втекти, але й завжди збільшуватиме енергію маси спокою найчорнішої дірки. Так, згодом у Всесвіті з'явиться безліч чорних дірок, і вони збільшуватимуться в масі та розмірах з часом.

Але це відбудеться лише до певного моменту. Як тільки щільність Всесвіту впаде нижче за певний поріг, чорні діри почнуть розпадатися під дією випромінювання Хокінга швидше, ніж рости, а це означає виробництво ще більшої кількості фотонів, ніж потрапило в чорну дірку спочатку. Протягом наступних ~10 100 років або близько того всі чорні діри у Всесвіті повністю розпадуться, причому переважна більшість продуктів розпаду будуть фотонами.

Моделюваний розпад чорної діри призводить не тільки до випромінювання, але і до розпаду центральної орбітальної маси, яка підтримує стабільність більшості об'єктів. Чорні дірки є статичними об'єктами, а скоріш змінюються з часом. Однак чорні діри, сформовані з різних матеріалів, повинні мати різну інформацію, закодовану на їхніх горизонтах подій, і неясно, чи ця інформація закодована у вихідному випромінюванні Хокінга.

То чи загинуть вони колись? Відповідно до сучасних законів фізики – ні. Насправді ситуація навіть більш плачевна, ніж ви, ймовірно, думаєте. Ви можете згадати кожен фотон, який був або буде створений:

• створений під час Великого вибуху,
• створено в результаті квантових переходів,
• створений в результаті радіаційних поправок,
• створений в результаті випромінювання енергії,
• або створений внаслідок розпаду чорної діри,

і навіть якщо ви зачекаєте, поки всі ці фотони досягнуть довільно низьких енергій через розширення Всесвіту, Всесвіт все одно не буде позбавлений фотонів.

Тому що у Всесвіті все ще є темна енергія. Як об'єкт з горизонтом подій, наприклад чорна діра, безперервно випромінюватиме фотони через різницю в прискоренні поблизу і далеко від горизонту подій, так і об'єкт з космологічним (або, точніше, риндлерівським) горизонтом. Принцип еквівалентності Ейнштейна говорить нам, що спостерігачі не можуть відрізнити гравітаційне прискорення від прискорення, викликаного будь-якою іншою причиною, і будь-які два незв'язані місця здаватимуться прискореними один до одного через присутність темної енергії. Фізика, що при цьому виникає, ідентична: випромінюється безперервна кількість теплового випромінювання. Виходячи із значення космологічної постійної, яке ми припускаємо сьогодні, це означає, що спектр випромінювання чорного тіла з температурою ~10 -30 К завжди пронизуватиме весь простір, незалежно від того, як далеко в майбутнє ми зайдемо.

Вся падаюча зовні в чорну дірку матерія випромінює світло і завжди видно, тоді як через обрій подій ніщо не може вийти назовні. Але якби ви самі впали в чорну дірку, ваша енергія могла б, по ідеї, знову вирватися назовні у вигляді частини гарячого Великого вибуху у новонародженому Всесвіті.

Навіть у самому кінці свого існування, як би далеко в майбутнє ми не заходили, Всесвіт завжди продовжуватиме виробляти випромінювання, гарантуючи, що він ніколи не досягне абсолютного нуля, що він завжди буде містити фотони, і що навіть за найнижчих енергій, яких він колись досягне, фотону більше не буде в що розпадатися або переходити. Хоча щільність енергії у Всесвіті продовжуватиме падати в міру її розширення, а енергія, властива кожному окремому фотону, продовжуватиме падати в міру того, як час спрямовуватиметься все далі і далі в майбутнє, ніколи не буде нічого «більш фундаментального», у що би вони переходили.

Звичайно, є екзотичні сценарії, які ми можемо вигадати, щоб змінити історію. Можливо, фотони дійсно мають ненульову масу спокою, через що вони сповільнюються до швидкості менше швидкості світла, коли минає достатньо часу. Можливо, фотони справді нестабільні за своєю природою, і є щось інше, справді безмасове, наприклад, комбінація гравітонів, у яку вони можуть розпадатися. І, можливо, існує якийсь фазовий перехід, який станеться далеко в майбутньому, де фотон виявить свою справжню нестабільність і розпадеться ще невідомий квантовий стан.

Але якщо все, що у нас є, це фотон, як ми розуміємо його в Стандартній моделі, то фотон по-справжньому стабільний. Всесвіт, наповнений темною енергією, гарантує, що навіть якщо існуючі сьогодні фотони зміщуватимуться до доволі низьких енергій, завжди будуть створюватися нові, що призведе до того, що у Всесвіті кількість фотонів і щільність енергії фотонів завжди будуть кінцевими та позитивними. Ми можемо бути впевнені у правилах тільки в тій мірі, в якій ми їх виміряли, але якщо тільки не існує якогось великого фрагмента головоломки, який ми просто ще не розкрили, ми можемо розраховувати на те, що фотони можуть згасати, але ніколи не помруть по-справжньому.