思考一下，为什么中国人口14亿，平时没什么事，一到春运的时候火车站非常拥挤，显得格外热闹？很简单呀，平时人口都平摊到中国城市的各个空间（承载空间大），这时候看着很平静（密度小能量低），一到春节都往车站挤（承载空间小），就热闹了（密度高能量高）。
图：春运高速变成停车场
宇宙膨胀空间由小变大，能量密度低了，能量总量不变，如果倒放一下宇宙收缩空间由大变小，就如同把光都挤到“车站”去了，能量就高了。
图：宇宙膨胀，波长变长，红移
回答到这里，估计你能理解了，但是实际这题只回答了一半，如果要深入地讲，还有一半很难回答，因为现在说的是光子，涉及到“量子力学”波粒二象性，甚至是无法回答，因为涉及到“量子引力”目前人类还无法无法破解，下面由浅入深地讲一讲：
当单个光子在恒星间穿行数年，当恒星和观测者之间的宇宙空间膨胀时，它组团的光波，波长会变长，而具体到一个光子本身能量会降低，那它的能量去哪了？
量子层面
划重点：很多人可能有一个误区，认为光波（电磁波）是由大量光子组成的。实际上单个光子也可以形成电磁波，这是“量子力学”中的核心，即波粒二象性。
图：薛定谔的猫
如果说一束光是大量光子组成，那就可以说是量子形成的波组成。单个光子同时是电磁波也是光子，想一下薛定谔那只“即死又活的猫”的生死叠加态，同理光子处于“波与粒子的叠加态”，所以当你说到“光子”的时候，实际上它本身也具备波动性。为了理解这里用一个不太恰当的比喻，当你让光子从波的状态显现为光子的状态，发现它变“红”了，但是你没考虑到单个光子形成的波长其实更长了。
图：电子云与电子波粒二象性
关于光子只能说到这里，因为量子力学还无法兼容引力和宇宙膨胀。目前宇宙膨胀，引力都属于《广义相对论》范畴，我们目前只能用仅有的现有的、实验论证过的理论来描述。
宇宙膨胀
老爱《广相》的发表，惠勒精辟地总结道（说人话）：质量使时空弯曲，时空告诉物体如何运动。然后才有了光会跟随质量弯曲的时空偏转，可见时间+空间决定了光的命运。
然而老爱犯了一个错误，删掉宇宙膨胀，宇宙变为静态。哈勃发现了星系退行的速度与距离成正比，但哈勃只好一口烟，淡泊名利（内心：这事太大了，不能出头），甩出结果说：你看啊，这是我观测到的，你们自己看着办。也不发表结论，然后就没有然后了，最终神父乔治斯·勒梅特看来是修行没到位呀，发现了宝藏，拉着老爱，哈勃（劝说有福同享），于是有了哈勃定律和宇宙的形态。
图：宇宙膨胀形象比喻图
既然时空决定了光的命运，那么宇宙膨胀了，光也理所当然也要跟随空间膨胀了，然后波长就长了，才有我们所说的红移。为什么要把这个过程讲一遍，其实是为了让你体会时空膨胀的变化，看看上面的格子变化，记住！这很重要，下面还会考。
类比
如果一个罐子中，气体分子具有大量能量，就像一个人吃了“兴奋剂”，它们会疯狂乱跑，原本一个人站个100平，两室两厅就够了，现在一个操场都装不下它。
在小的空间中，它们的个体具有的能量高，不断的碰撞四周，也就是说光子的内壁具有压强。如果这个罐子具有弹性的，它就会像气球一样被吹大。
图：吹大之后的分子运动
它们吹大容器的过程，就如同用力“推”墙壁的过程，要用力必然要损失能量，也就说“兴奋剂”的药效释放了出去，对外做了功，比较蔫吧了，再加上现在由一个个“两室两厅”，都改为别墅了，所以它们就比较安逸了。
如果你仔细一想会发现这其实和宇宙膨胀很像。宇宙变大了，光子的活动空间大了，所以能量降低了。但是是不是感觉这个理由（借口）似乎哪里有点问题？
的确，你很聪明，区别在于光子是被动拉长的。小时候玩没玩过把不带针的注射器一头堵住，然后如同抽血似的使劲抽注射器，就像是在抽真空，针筒里面原本的空气分子都可以分配上“五室3厅”，你非要给他们一人整一个操场，这就是光子的写照。
还有第二个区别，如果你还记得上面那个空间格子，你会发现宇宙膨胀是它变大了。而气体分子是空间变多了。再举个例子，气体分子是100平的公寓换成1000平的操场，而宇宙膨胀是100平公寓并没有换，而是直接变成了1000平的公寓，如果此时你去看看楼下的操场你会发现它变成了10000平。这能说明什么呢？
左：气体的空间变大；右：光子的空间膨胀
光会受空间所影响，空间变长，它也被拉长，原本它有100的能量给了100平的公寓，每平米均摊1的能量，现在公寓变成了1000平，那每平米就均摊到0.1的能量。换而言之，光的能量密度下降了，单位空间上光子的能量低了。
那能量守恒不守恒？原来是1X100=100，现在是0.1X1000=100，即能量守恒。如果宇宙膨胀倒放回去，那么1000平的公寓，退回100平，那么单位能量又会变为1。
所以我们不能光看光子“红”了，而是要看光子是如何“红”的，说白了就是不要看眼前，要有大局观。
