¿Conservación de energía y efecto Doppler?

La conservación de la energía no se aplica a esta situación porque la energía que mides cuando estás en reposo con respecto a la fuente y la energía que mides cuando te mueves con respecto a la fuente están en diferentes marcos de referencia. La energía no se conserva entre diferentes marcos de referencia, en el sentido de que si mides una cantidad de energía en un marco de referencia y mides la cantidad correspondiente de energía en un marco de referencia diferente, la ley de conservación no dice nada sobre si esos dos midieron Los valores deben ser iguales o diferentes. Si va a utilizar la conservación de la energía, debe realizar todas las mediciones sin cambiar la velocidad.

De hecho, es un poco engañoso decir que la energía aumenta o disminuye debido a un cambio Doppler, porque eso implicaría que hay algún proceso físico que cambia la energía del fotón. Realmente ese no es el caso aquí, es simplemente que la energía es una cantidad para la cual el valor que mides depende de cómo lo midas.

Para obtener más información, consulte ¿Es la energía cinética una cantidad relativa? ¿Hará ecuaciones inconsistentes al aplicarlo a las ecuaciones de conservación de la energía? .

La respuesta principal es correcta pero incompleta; incluso dentro de un marco de referencia de "espectador", es fácil observar que los fotones imparten más energía al receptor cuando la fuente de emisión se mueve hacia dicho receptor, en lugar de alejarse de él. De hecho, los fotones ganan o pierden energía.

Esto ocurre debido a la presión de radiación . La fuente de emisión pierde energía cinética por los fotones emitidos en la dirección del movimiento mientras gana energía cinética por los fotones emitidos en la dirección opuesta. De manera similar, los fotones imparten energía cinética al receptor, causando pérdida de energía cinética si el receptor se mueve hacia la fuente de emisión o ganancia de energía si el receptor se aleja de la fuente. Como los fotones siempre se mueven a la velocidad de la luz, la energía ganada/perdida se observa como un cambio en la longitud de onda.

La conservación de la energía se respeta si utiliza el efecto Doppler relativista.
Básicamente la energía medida depende del marco de referencia en el que te encuentres.
Lo mismo se aplica a los fotones emitidos por el fondo cósmico.
Considera que en$z=1000$entonces la velocidad de la luz emitida está cerca de la velocidad de la luz.
Entonces un$3000K$cuerpo negro parecería tener un$3K$longitud de onda hoy... simplemente porque la longitud de onda y por lo tanto la energía se mide en nuestro marco de reposo.

Para ponerlo en una forma más simple:

(dónde$f_s$es la frecuencia de la fuente y$f_o$es la frecuencia del observador)

Dónde

Para ponerlo en longitud de onda, simplemente use:

Entonces, la energía parece menor para el observador en reposo que para el observador en movimiento.
Es simplemente un efecto relativista.
Nada se crea ni se pierde.

Suponiendo una fuente de luz de potencia constante que se mueve:

La fuente en movimiento empuja la luz con una fuerza F una distancia s. La energía de la fuente disminuye en la cantidad F*s, donde s es la distancia que recorrió la fuente durante la emisión de la luz.

La fuerza F se puede calcular como E/(c*t), donde E es la energía de la luz y t es el tiempo que tardó en emitirse la luz.

Acerca de los marcos de referencia: un observador, como el que observa la fuente de luz, no acelera, y se adjunta un marco de referencia al observador. Cada objeto en el universo está en este marco de referencia, y no es posible salir de este marco de referencia.

Creo que se puede crear energía... Estoy de acuerdo con David Z en que la energía no se conserva entre diferentes marcos de referencia... pero puedo mostrarte que la energía medida en un solo marco puede ser cautelosa... ¿Aumenta la energía del fotón cuando lo emito? de un tren que se mueve a una velocidad comparable y lo refleja un espejo en una plataforma para que pueda atraparlo nuevamente en el tren? De acuerdo con el efecto doppler, la frecuencia del fotón para un observador parado cerca del espejo es mayor que para un observador en el tren. Entonces, para el observador cerca del espejo, la energía del fotón es mayor que la energía observada por un observador en el tren. De manera similar cuando se refleja y llega al tren, su frecuencia es mayor que la frecuencia inicial cuando la observa un observador en el tren. Entonces, obviamente, la energía del fotón aumenta sin hacer ningún trabajo ...

Cuando consideras un fotón real, es finito en espacio y tiempo. Si encuentra un fotón desplazado hacia el rojo, lleva menos energía por ciclo, pero es más largo en el espacio y, desde la perspectiva del observador, golpea el detector durante más tiempo que uno sin desplazamiento hacia el rojo.

La conservación de la energía se aplica a todos los sistemas. No sé mucho sobre el efecto doppler del que hablas. Voy a explicar una situación similar. Se llama Quantum Jumps. En principio, si le haces cosquillas a cualquier átomo por colisión con otro átomo o al iluminarlo, el electrón puede experimentar una transición a algún otro estado estacionario ya sea absorbiendo energía y moviéndose hacia estados de mayor energía o emitiendo energía (típicamente en forma de radiación electromagnética). En la práctica tales perturbaciones están siempre presentes.

Una onda electromagnética (luz o infrarrojos, ultravioleta, etc.) consiste en campos eléctricos y magnéticos transversales y mutuamente perpendiculares. Un átomo en presencia de luz responde principalmente a la componente eléctrica. Luego, el átomo se expone a un campo eléctrico oscilante sinusoidal. En este proceso, el átomo absorbe energía Eb-Ea = hw0 del campo electromagnético. Decimos que "absorbió fotón". Aunque tratamos el campo en sí mismo de forma clásica, el fotón realmente pertenece a la electrodinámica cuántica. Entonces, le sugiero que estudie Electrodinámica Cuántica para comprender con más detalle.

En los campos electromagnéticos o, en general, en los campos, la energía es a menudo un término engañoso. La energía está presente en los campos. El campo representa la energía. Es difícil de entender, pero cuando estudies Electrodinámica, lo sabrás.