膨胀宇宙中光子传播的新方面

根据当前的宇宙学观点，宇宙微波背景（CMB）光子的能量密度在自由穿过膨胀宇宙时，随宇宙尺度因子$S$的$1/S^4$比例变化。这种行为是预期的，因为应用于 FLRW-（Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker）宇宙宇宙的广义相对论得出的结论是：光子在自由穿过宇宙时空度规时，其波长的增加因子与尺度因子$S$相同。这似乎合理地解释了目前观测到的普朗克谱 CMB 及其约 2.7 K 的实际温度，而在大爆炸后约 38 万年复合阶段最后一次散射产生时，其温度应约为 3000 K，当时宇宙尺度$S_r$比当前宇宙尺度$S = S_0$小大约$S/S_r = 1+z_r = 1100$倍。在本文中，我们首先提出一个问题：进入描述膨胀宇宙的场方程能量 - 动量张量的 CMB 能量密度的尺度行为是否真的像$1/S^4$那样衰减？如果确实发生了偏离$1/S^4$行为的情况，为什么我们目前观测到的 CMB 能量密度似乎仍符合这种$1/S^4$缩放？这个问题源于另一个基本且根本的问题：我们真的能假设自由传播的光子在沿其光测地线全程旅行期间，其波长永久地受到宇宙膨胀的影响，即持续‘感知’宇宙尺度$S$的膨胀吗？换句话说：自由传播的光子……