Bản thân ánh sáng thực sự có tuổi thọ vô hạn không? Biên soạn từ chuyên mục "Starts with a bang!" của Ethan…
Biên soạn từ chuyên mục "Starts with a bang!" của Ethan Siegel ~~~~~~~~~~~~ Trong toàn bộ Vũ trụ, chỉ có một số ít hạt ổn định vĩnh viễn, vậy photon - lượng tử ánh sáng - có tuổi thọ vô hạn không? Một trong những ý tưởng lâu dài nhất trong toàn bộ Vũ trụ là mọi thứ đang tồn tại bây giờ một ngày nào đó sẽ thấy sự tồn tại của nó chấm dứt. Các ngôi sao, thiên hà và thậm chí cả các lỗ đen chiếm giữ không gian trong Vũ trụ của chúng ta một ngày nào đó sẽ cháy hết, mờ dần và phân hủy, để lại cái mà chúng ta gọi là trạng thái “chết nhiệt”: nơi không thể có thêm năng lượng nữa được rút ra, theo bất kỳ cách nào, từ trạng thái cân bằng, entropy tối đa, đồng nhất. Nhưng có lẽ vẫn có những ngoại lệ đối với quy tắc chung này và một số thứ sẽ thực sự tồn tại mãi mãi. Một ứng cử viên như vậy cho một thực thể thực sự ổn định là photon: lượng tử ánh sáng. Tất cả bức xạ điện từ tồn tại trong Vũ trụ đều được tạo thành từ các photon và các photon, theo như chúng ta có thể nói, có tuổi thọ vô hạn. Phải chăng điều đó có nghĩa là ánh sáng thực sự sẽ tồn tại mãi mãi? Đó là điều Anna-Maria Galante muốn biết: “Các photon có sống mãi mãi không? Hay chúng “chết” và chuyển đổi thành một số hạt khác? Ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy bùng lên từ các sự kiện vũ trụ trong một quá khứ dài… chúng ta dường như biết nó đến từ đâu, nhưng nó đi đâu? Vòng đời của một photon là gì?” Đó là một câu hỏi lớn và hấp dẫn, đồng thời đưa chúng ta đến gần với mọi thứ chúng ta biết về Vũ trụ. Đây là câu trả lời tốt nhất mà khoa học ngày nay có được. Như Vesto Slipher đã lưu ý lần đầu tiên vào những năm 1910, một số vật thể mà chúng ta quan sát thấy có dấu hiệu quang phổ của sự hấp thụ hoặc phát xạ của các nguyên tử, ion hoặc phân tử cụ thể, nhưng có sự dịch chuyển có hệ thống về phía đầu đỏ hoặc xanh của ánh sáng - quang phổ. Khi kết hợp với các phép đo khoảng cách cho các vật thể đó, dữ liệu này đã đưa đến ý tưởng ban đầu về Vũ trụ đang giãn nở: một thiên hà càng ở xa thì ánh sáng của nó sẽ bị dịch chuyển đỏ đối với mắt và các thiết bị của chúng ta càng lớn. Lần đầu tiên câu hỏi về một photon có thời gian sống hữu hạn được đặt ra là vì một lý do rất chính đáng: chúng ta vừa phát hiện ra bằng chứng then chốt về Vũ trụ đang giãn nở. Các tinh vân xoắn ốc và hình elip trên bầu trời được chứng minh là các thiên hà, hay “các vũ trụ đảo” như chúng được biết đến khi đó, vượt xa quy mô và phạm vi của Dải Ngân hà. Những bộ sưu tập hàng triệu, hàng tỷ hoặc thậm chí hàng nghìn tỷ ngôi sao này nằm cách xa ít nhất hàng triệu năm ánh sáng, đặt chúng ở bên ngoài Dải Ngân hà. Hơn nữa, người ta nhanh chóng chứng minh rằng những vật thể ở xa này không chỉ ở xa mà chúng dường như đang lùi xa khỏi chúng ta, vì tính trung bình, chúng càng ở xa thì ánh sáng từ chúng càng lớn sẽ bị dịch chuyển một cách có hệ thống về phía màu đỏ hơn. và bước sóng đỏ hơn. Tất nhiên, vào thời điểm dữ liệu này được phổ biến rộng rãi vào những năm 1920 và 1930, chúng ta đã biết về bản chất lượng tử của ánh sáng, điều này dạy chúng ta rằng bước sóng ánh sáng quyết định năng lượng của nó. Chúng ta cũng có sẵn cả thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng, thuyết này dạy chúng ta rằng một khi ánh sáng rời khỏi nguồn, cách duy nhất bạn có thể thay đổi tần số của nó là: - Để nó tương tác với một số dạng vật chất và/hoặc năng lượng, - Để người quan sát di chuyển về phía trước hoặc ra xa người quan sát, - Hoặc để các đặc tính độ cong của không gian tự thay đổi, chẳng hạn như do dịch chuyển đỏ/dịch chuyển xanh hấp dẫn hoặc sự giãn nở/co lại của Vũ trụ. Đặc biệt, lời giải thích tiềm năng đầu tiên đã dẫn đến việc hình thành một vũ trụ học thay thế hấp dẫn: vũ trụ học ánh sáng…mệt mỏi. Ánh sáng có thể được phát ra ở một bước sóng cụ thể, nhưng sự giãn nở của Vũ trụ sẽ làm nó giãn ra khi nó di chuyển. Ánh sáng phát ra ở vùng tử ngoại sẽ bị chuyển hoàn toàn sang vùng hồng ngoại khi xem xét một thiên hà có ánh sáng đến từ hơn 13 tỷ năm trước. Sự giãn nở của Vũ trụ càng tăng tốc, ánh sáng từ các vật thể ở xa sẽ bị dịch chuyển đỏ càng lớn và nó sẽ xuất hiện càng mờ. Được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1929 bởi Fritz Zwicky - và cũng chính Fritz Zwicky là người đã đặt ra thuật ngữ “siêu tân tinh”, người đầu tiên đưa ra giả thuyết vật chất tối, và là người đã từng cố gắng “làm yên” không khí hỗn loạn trong khí quyển bằng cách “bắn một khẩu súng trường qua ống kính thiên văn của mình” – Giả thuyết ánh sáng mệt mỏi đưa ra quan điểm cho rằng ánh sáng truyền đi sẽ mất năng lượng do va chạm với các hạt khác có trong không gian giữa các thiên hà. Theo logic, càng có nhiều không gian để truyền qua thì càng có nhiều năng lượng bị mất cho các tương tác này và đó sẽ là lời giải thích, chứ không phải là vận tốc đặc biệt hay sự giãn nở vũ trụ, cho lý do tại sao ánh sáng dường như bị dịch chuyển đỏ nghiêm trọng hơn ở những khoảng cách xa hơn. Tuy nhiên, để kịch bản này xảy ra đúng, có hai dự đoán cần được đưa ra: 1.) Khi ánh sáng truyền qua một môi trường, thậm chí là môi trường thưa thớt, nó sẽ giảm tốc độ từ tốc độ ánh sáng trong chân không xuống tốc độ ánh sáng trong môi trường đó. Sự chậm lại ảnh hưởng đến ánh sáng có tần số khác nhau với mức độ khác nhau. Giống như ánh sáng truyền qua lăng kính bị phân tách thành các màu khác nhau, ánh sáng truyền qua môi trường liên thiên hà tương tác với nó sẽ làm chậm ánh sáng có bước sóng khác nhau xuống một lượng khác nhau. Khi ánh sáng đó quay trở lại chân không thực sự, nó sẽ tiếp tục chuyển động với tốc độ ánh sáng trong chân không. Trong chân không của không gian, tất cả ánh sáng, bất kể bước sóng hay năng lượng, đều truyền đi với cùng một tốc độ: tốc độ ánh sáng trong chân không. Khi chúng ta quan sát ánh sáng từ một ngôi sao ở xa, chúng ta đang quan sát ánh sáng đã hoàn thành hành trình đó từ nguồn tới người quan sát. Chưa hết, khi chúng ta quan sát ánh sáng đến từ các nguồn ở những khoảng cách khác nhau, chúng ta không tìm thấy sự phụ thuộc bước sóng vào lượng dịch chuyển đỏ mà ánh sáng biểu hiện. Thay vào đó, ở mọi khoảng cách, tất cả các bước sóng của ánh sáng phát ra đều bị dịch chuyển đỏ theo cùng một hệ số như tất cả các bước sóng khác; không có sự phụ thuộc bước sóng vào dịch chuyển đỏ. Vì quan sát vô giá trị này, dự đoán đầu tiên về vũ trụ học ánh sáng…mệt mỏi đã bị sai lệch. Nhưng cũng có một dự đoán thứ hai cần phải tranh luận: 2.) Nếu ánh sáng ở xa hơn mất nhiều năng lượng hơn khi đi qua một “môi trường tổn hao” có chiều dài lớn hơn ánh sáng ở xa hơn, thì những vật ở xa hơn đó sẽ bị mờ đi với mức độ ngày càng lớn hơn so với những vật ở xa hơn. Và một lần nữa, khi chúng ta kiểm tra dự đoán này, chúng tôi thấy rằng nó hoàn toàn không được chứng minh bằng các quan sát. Các thiên hà ở xa hơn, khi được nhìn cùng với các thiên hà ở xa hơn, có vẻ sắc nét và có độ phân giải cao như những thiên hà ở xa hơn. Ví dụ, điều này đúng với tất cả năm thiên hà trong Bộ tứ của Stephan, cũng như đối với các thiên hà nền có thể nhìn thấy đằng sau cả năm thành viên của bộ ngũ. Dự đoán này cũng bị làm sai lệch. Các thiên hà chính trong Stephan's Quintet, được JWST tiết lộ vào ngày 12 tháng 7 năm 2022. Thiên hà bên trái chỉ cách khoảng ~15% so với các thiên hà khác nhưng lại cách các thiên hà nền xa hơn rất nhiều lần. Chưa hết, chúng đều sắc nét như nhau trong mắt JWST, chứng tỏ rằng Vũ trụ có rất nhiều ngôi sao và thiên hà ở mọi nơi chúng ta nhìn thấy. Mặc dù những quan sát này đủ tốt để bác bỏ giả thuyết ánh sáng…mệt mỏi – và trên thực tế, đủ tốt để bác bỏ nó ngay lập tức, ngay khi nó được đề xuất – đó chỉ là một khả năng duy nhất khiến ánh sáng có thể không ổn định. Ánh sáng có thể tắt hoặc biến đổi thành một số hạt khác và có nhiều cách thú vị để suy nghĩ về những khả năng này: Điều đầu tiên phát sinh đơn giản từ thực tế là chúng ta có sự dịch chuyển đỏ vũ trụ. Mỗi và mọi photon được tạo ra, bất kể nó được tạo ra như thế nào, dù là nhiệt hay từ sự chuyển đổi lượng tử hay từ bất kỳ tương tác nào khác, sẽ truyền qua Vũ trụ cho đến khi nó va chạm và tương tác với một lượng tử năng lượng khác. Nhưng nếu bạn là một photon phát ra từ một quá trình chuyển đổi lượng tử, trừ khi bạn có thể tham gia vào phản ứng lượng tử nghịch đảo với tốc độ khá nhanh, thì bạn sẽ bắt đầu du hành qua không gian giữa các thiên hà, với bước sóng của bạn bị kéo dài do sự giãn nở của Vũ trụ giống như bạn. Nếu bạn không đủ may mắn để bị hấp thụ bởi trạng thái liên kết lượng tử với tần số chuyển tiếp cho phép phù hợp, bạn sẽ chỉ dịch chuyển đỏ và dịch chuyển đỏ cho đến khi bạn ở dưới bước sóng dài nhất có thể cho phép bạn bị hấp thụ bởi quá trình chuyển đổi đó bao giờ nữa. Sự tổng hợp của ba bộ vạch quang phổ khác nhau từ đèn hơi thủy ngân cho thấy tác động mà từ trường có thể gây ra. Trong (A), không có từ trường. Trong (B) và ©, có một từ trường, nhưng chúng định hướng khác nhau, giải thích sự phân tách vi sai của các vạch quang phổ. Nhiều nguyên tử thể hiện cấu trúc tinh tế hoặc thậm chí cấu trúc siêu tinh tế này mà không cần áp dụng từ trường bên ngoài, và những chuyển đổi đó rất cần thiết khi xây dựng một đồng hồ nguyên tử chức năng. Nhiều quá trình chuyển đổi, chẳng hạn như những chuyển đổi được hiển thị ở đây, là các quá trình rời rạc chứ không phải là liên tục. Tuy nhiên, có một nhóm khả năng thứ hai tồn tại đối với tất cả các photon: chúng có thể tương tác với một hạt lượng tử tự do, tạo ra một trong số các hiệu ứng. Điều này có thể bao gồm sự tán xạ, trong đó một hạt tích điện – thường là electron – hấp thụ và sau đó phát lại một photon. Điều này bao gồm sự trao đổi cả năng lượng và động lượng, và có thể đẩy hạt tích điện hoặc photon lên mức năng lượng cao hơn, nhưng lại làm cho hạt kia có ít năng lượng hơn. Ở mức năng lượng đủ cao, sự va chạm của một photon với một hạt khác - thậm chí là một photon khác, nếu năng lượng đủ cao - có thể tự phát tạo ra một cặp hạt-phản hạt nếu có' có đủ năng lượng sẵn có để làm cho cả hai đều thông qua E = mc2 của Einstein. Trên thực tế, các tia vũ trụ có năng lượng cao nhất có thể làm được điều này ngay cả với các photon có năng lượng thấp đáng kể vốn là một phần của nền vi sóng vũ trụ: ánh sáng còn sót lại của Vụ nổ lớn. Đối với các tia vũ trụ có năng lượng trên ~10¹⁷ eV, một photon CMB điển hình có cơ hội tạo ra các cặp electron-positron. Ở những mức năng lượng thậm chí còn cao hơn, gần như ~10²⁰ eV về năng lượng, một photon CMB có cơ hội lớn đáng kể để chuyển đổi thành pion trung tính, cướp đi các tia năng lượng vũ trụ khá nhanh. Đây là lý do chính khiến quần thể các tia vũ trụ năng lượng cao nhất có sự sụt giảm mạnh: chúng ở trên ngưỡng năng lượng tới hạn này. Phổ năng lượng của các tia vũ trụ có năng lượng cao nhất, do sự hợp tác phát hiện ra chúng. Tất cả các kết quả đều cực kỳ nhất quán giữa các thử nghiệm và cho thấy mức giảm đáng kể ở ngưỡng GZK là ~5 x 10¹⁹ eV. Tuy nhiên, nhiều tia vũ trụ như vậy vượt quá ngưỡng năng lượng này, cho thấy một sai sót trong bức tranh đơn giản nhất về các tia vũ trụ này. Nói cách khác, ngay cả các photon năng lượng rất thấp cũng có thể bị biến đổi thành các hạt khác – không phải photon – bằng cách va chạm với một hạt năng lượng đủ cao khác. 3.) Vẫn còn một cách thứ 3 để biến đổi một photon ngoài sự giãn nở của vũ trụ hoặc thông qua việc biến đổi thành các hạt có khối lượng nghỉ khác 0: bằng cách tán xạ một hạt dẫn đến việc tạo ra các photon bổ sung. Trong thực tế mọi tương tác điện từ, hay tương tác giữa một hạt tích điện và ít nhất một photon, đều có cái gọi là “sự hiệu chỉnh bức xạ” phát sinh trong các lý thuyết trường lượng tử. Đối với mọi tương tác tiêu chuẩn có cùng số lượng photon tồn tại ở đầu và cuối, có ít hơn 1% khả năng - cụ thể hơn là 1/137 - rằng cuối cùng bạn sẽ bức xạ thêm một photon vào phần cuối của số bạn bắt đầu. Và mỗi khi bạn có một hạt mang năng lượng có khối lượng nghỉ dương và nhiệt độ dương, những hạt đó cũng sẽ tỏa ra các photon: mất năng lượng dưới dạng photon. Photon rất dễ tạo ra và mặc dù có thể hấp thụ chúng bằng cách tạo ra các chuyển đổi lượng tử thích hợp, nhưng hầu hết các kích thích sẽ khử kích thích sau một khoảng thời gian nhất định. Giống như câu nói cũ rằng “Cái gì lên thì phải xuống”, các hệ lượng tử bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn thông qua sự hấp thụ photon cuối cùng cũng sẽ khử kích thích, tạo ra ít nhất cùng số lượng photon, thường có cùng một mạng lưới năng lượng, như đã được hấp thụ ngay từ đầu. Khi một nguyên tử hydro hình thành, nó có xác suất để các spin của electron và proton thẳng hàng và chống thẳng hàng như nhau. Nếu chúng chống thẳng hàng, sẽ không có sự chuyển đổi nào nữa xảy ra, nhưng nếu chúng thẳng hàng, chúng có thể chuyển lượng tử vào trạng thái năng lượng thấp hơn đó, phát ra một photon có bước sóng rất cụ thể (21 cm) trên một bước sóng rất cụ thể và khá dài. , thang thời gian. Độ chính xác của quá trình chuyển đổi này đã được đo lường ở mức tốt hơn 1 phần nghìn tỷ và không thay đổi trong nhiều thập kỷ mà nó được biết đến. Nó là ánh sáng đầu tiên phát ra trong Vũ trụ sau khi hình thành các nguyên tử trung tính: ngay cả trước khi hình thành các ngôi sao đầu tiên và cả sau đó: bất cứ khi nào các ngôi sao mới được hình thành, phát xạ tia cực tím sẽ làm ion hóa các nguyên tử hydro, tạo ra dấu hiệu này một lần nữa khi các nguyên tử đó tự phát cải cách. Vì có rất nhiều cách để tạo ra photon, có lẽ bạn đang thèm khát tìm cách phá hủy chúng. Rốt cuộc, chỉ cần chờ đợi tác động của dịch chuyển đỏ vũ trụ đưa chúng xuống giá trị năng lượng và mật độ tiệm cận thấp sẽ mất một thời gian dài tùy ý. Mỗi khi Vũ trụ giãn ra để trở nên lớn hơn theo hệ số 2, thì mật độ năng lượng tổng cộng ở dạng photon giảm theo hệ số 16: hệ số 24. Hệ số 8 xuất hiện vì số lượng photon - bất chấp mọi cách cần phải tạo ra chúng - vẫn tương đối cố định và việc nhân đôi khoảng cách giữa các vật thể sẽ làm tăng thể tích của Vũ trụ quan sát được lên hệ số 8: gấp đôi chiều dài, gấp đôi chiều rộng và gấp đôi chiều sâu. Hệ số thứ tư và cuối cùng của hai đến từ sự giãn nở vũ trụ, làm kéo dài bước sóng lên gấp đôi bước sóng ban đầu của nó, do đó giảm một nửa năng lượng trên mỗi photon. Trong những khoảng thời gian đủ dài, điều này sẽ làm cho mật độ năng lượng của Vũ trụ dưới dạng photon giảm tiệm cận về 0, nhưng nó sẽ không bao giờ đạt tới mức đó. Trong khi vật chất (cả bình thường và tối) và bức xạ trở nên ít đậm đặc hơn khi Vũ trụ giãn nở do thể tích ngày càng tăng của nó, năng lượng tối và cả năng lượng trường trong quá trình lạm phát, là một dạng năng lượng vốn có của chính không gian. Khi không gian mới được tạo ra trong Vũ trụ đang giãn nở, mật độ năng lượng tối không đổi. Bạn có thể thử vận dụng trí thông minh và tưởng tượng ra một loại hạt kỳ lạ, có khối lượng cực thấp nào đó kết hợp với các photon mà một photon có thể chuyển đổi thành trong những điều kiện thích hợp. Một số loại boson hoặc hạt giả vô hướng - như axion hoặc axino, ngưng tụ neutrino hoặc một loại cặp Cooper kỳ lạ nào đó - có thể dẫn đến chính xác loại hiện tượng này, nhưng một lần nữa, điều này chỉ xảy ra nếu photon có năng lượng đủ cao để chuyển đổi thành hạt có khối lượng nghỉ khác thông qua E = mc2. Một khi năng lượng của photon dịch chuyển đỏ xuống dưới ngưỡng tới hạn thì điều đó sẽ không còn hiệu quả nữa. Tương tự, bạn có thể tưởng tượng ra cách tối ưu để hấp thụ các photon: cho chúng gặp một lỗ đen. Một khi bất cứ thứ gì đi từ bên ngoài chân trời sự kiện vào bên trong nó, nó không những không bao giờ có thể thoát ra ngoài mà còn luôn bổ sung vào khối năng lượng còn lại của chính lỗ đen. Đúng vậy, sẽ có nhiều lỗ đen cư trú trong Vũ trụ theo thời gian và chúng sẽ phát triển về khối lượng cũng như kích thước theo thời gian. Nhưng ngay cả điều đó cũng chỉ xảy ra ở một mức độ nào đó. Một khi mật độ của Vũ trụ giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, các lỗ đen sẽ bắt đầu phân rã thông qua bức xạ Hawking nhanh hơn tốc độ chúng phát triển và điều đó có nghĩa là việc tạo ra số lượng photon thậm chí còn lớn hơn số lượng photon đi vào lỗ đen ngay từ đầu. Trong khoảng ~10¹⁰⁰ năm tới, mọi lỗ đen trong Vũ trụ cuối cùng sẽ phân hủy hoàn toàn, với phần lớn sản phẩm phân rã là photon. Trong tương lai xa, sẽ không còn vật chất xung quanh lỗ đen mà thay vào đó năng lượng phát ra của chúng sẽ bị bức xạ Hawking chi phối, khiến kích thước của chân trời sự kiện bị thu hẹp lại. Quá trình chuyển đổi từ lỗ đen “đang phát triển” sang lỗ đen “phân rã” sẽ xảy ra bất cứ khi nào tốc độ bồi tụ giảm xuống dưới tốc độ mất khối lượng do bức xạ Hawking, một sự kiện được ước tính sẽ xảy ra khoảng ~10²⁰ năm trong tương lai. Làm thế nào thông tin tạo ra lỗ đen được mã hóa thành bức xạ phát ra, hoặc liệu trường hợp đó có đúng hay không vẫn chưa được xác định. Vậy liệu chúng có bao giờ chết không? Trên thực tế, tình hình thậm chí còn nghiêm trọng hơn bạn tưởng. Bạn có thể nghĩ về mọi photon đã hoặc sẽ là: - Được tạo ra trong vụ nổ Big Bang, - Được tạo ra từ sự chuyển đổi lượng tử, - Được tạo ra từ sự hiệu chỉnh bức xạ, - Được tạo ra thông qua sự phát xạ năng lượng, - Hoặc được tạo ra thông qua sự phân rã của lỗ đen, và ngay cả khi bạn đợi tất cả các photon đó đạt đến mức năng lượng thấp tùy ý do sự giãn nở của Vũ trụ, Vũ trụ vẫn sẽ không thiếu các photon. Tại sao vậy? Bởi vì Vũ trụ vẫn còn năng lượng tối trong đó. Nguyên lý tương đương của Einstein cho chúng ta biết rằng các nhà quan sát không thể phân biệt được sự khác biệt giữa gia tốc trọng trường hay gia tốc do bất kỳ nguyên nhân nào khác, và bất kỳ hai vị trí không bị ràng buộc nào cũng sẽ xuất hiện gia tốc tương đối với nhau do sự hiện diện của năng lượng tối. Kết quả vật lý giống hệt nhau: một lượng bức xạ nhiệt liên tục được phát ra. Dựa trên giá trị của hằng số vũ trụ mà chúng ta suy ra ngày nay, điều đó có nghĩa là phổ bức xạ của vật đen có nhiệt độ ~10–30 K sẽ luôn thấm vào toàn bộ không gian, bất kể chúng ta có đi xa đến đâu trong tương lai. Từ bên ngoài lỗ đen, tất cả vật chất rơi vào sẽ phát ra ánh sáng và luôn nhìn thấy được, trong khi không có gì ở phía sau chân trời sự kiện có thể thoát ra ngoài. Nhưng nếu bạn là người rơi vào lỗ đen, năng lượng của bạn có thể tái xuất hiện một cách hình dung như một phần của Vụ nổ lớn nóng bỏng trong Vũ trụ mới hình thành. Ngay cả ở giai đoạn cuối của nó, cho dù chúng ta có đi xa đến đâu trong tương lai, Vũ trụ sẽ luôn tiếp tục tạo ra bức xạ, đảm bảo rằng nó sẽ không bao giờ đạt đến độ không tuyệt đối, rằng nó sẽ luôn chứa các photon và ngay cả ở mức năng lượng thấp nhất nó cũng sẽ như vậy. Mặc dù mật độ năng lượng của Vũ trụ sẽ tiếp tục giảm khi Vũ trụ giãn nở và năng lượng vốn có của bất kỳ photon riêng lẻ nào sẽ tiếp tục giảm khi thời gian trôi qua và tiến về tương lai, nhưng sẽ không bao giờ có bất cứ điều gì “cơ bản” hơn sự chuyển đổi của chúng. Tất nhiên, có những kịch bản kỳ lạ mà chúng ta có thể nghĩ ra sẽ thay đổi câu chuyện. Có lẽ có khả năng các photon thực sự có khối lượng nghỉ khác 0, khiến chúng chuyển động chậm lại đến mức chậm hơn tốc độ ánh sáng khi thời gian trôi qua đủ lớn. Có lẽ các photon thực sự vốn không ổn định, và có một thứ khác thực sự không có khối lượng, giống như sự kết hợp của graviton, mà chúng có thể phân rã thành. Và có lẽ có một dạng chuyển pha nào đó sẽ xảy ra trong tương lai xa, nơi mà photon sẽ tiết lộ sự bất ổn thực sự của nó và sẽ phân hủy thành một trạng thái lượng tử chưa được biết đến. Nhưng nếu tất cả những gì chúng ta có chỉ là photon như chúng ta hiểu trong Mô hình Chuẩn, thì photon thực sự ổn định. Một Vũ trụ chứa đầy năng lượng tối đảm bảo, ngay cả khi các photon tồn tại ngày nay dịch chuyển đỏ sang các mức năng lượng thấp tùy ý, thì các photon mới sẽ luôn được tạo ra, dẫn đến một Vũ trụ có số lượng photon dương và hữu hạn cũng như mật độ năng lượng photon mọi lúc. Chúng ta chỉ có thể chắc chắn về các quy luật trong phạm vi mà chúng ta đã đo được chúng, nhưng trừ khi có một mảnh ghép lớn còn thiếu mà chúng ta chưa khám phá ra, chúng ta có thể tin tưởng vào thực tế là các photon có thể biến mất, nhưng họ sẽ không bao giờ thực sự chết.
Cr: Triết Gia