¿Han perdido energía los fotones desplazados hacia el rojo y adónde fueron? [duplicar]

La energía no es un buen concepto en GR, así que todo lo que doy es una forma intuitiva de verlo.

Para cosas desplazadas al rojo gravitacionalmente: un fotón tiene energía, por lo tanto, gravita (ya que la energía puede gravitar de manera análoga a la masa desde$E=mc^2$), por lo que tiene algo de energía potencial gravitatoria (negativa) cuando está en la superficie de un planeta. Si se emite, su GPE eventualmente se convierte en 0. Entonces, este aumento en GPE tuvo que venir de alguna parte: el corrimiento al rojo del fotón dio la energía. Es más o menos lo mismo que sucede cuando lanzas una pelota. Pierde energía cinética (se ralentiza).

La GPE en relatividad está básicamente relacionada con la energía almacenada en la curvatura del espacio-tiempo; de una manera complicada que no conozco.

Para un fotón normalmente desplazado hacia el rojo de un cuerpo en movimiento: no es necesario conservar la energía si cambia de fotogramas. La energía es diferente de cada marco de referencia.

Vea también las respuestas a la pregunta proporcionada por Qmechanic arriba. Sin embargo, allí están hablando de todo el universo, lo que lleva a problemas adicionales.

La respuesta corta es sí". La energía perdida por los fotones es absorbida por la energía del campo gravitatorio. Por supuesto, la energía es un concepto relativo, pero si toma el caso más simple de una cosmología homogénea espacialmente plana sin constante cosmológica, entonces la ecuación para la energía en un volumen en expansión$V(t) = a(t)^3$es

$E = Mc^2 + \frac{P}{a} - \frac{3a}{\kappa} (\frac{da}{dt})^2 = 0$

$M$es la masa fija de materia fría en el volumen,$\frac{P}{a}$es la energía de radiación decreciente en el volumen con$P$constante, y el tercer término es la energía gravitacional en el volumen que es negativa. La tasa de expansión$\frac{da}{dt}$evolucionará de tal manera que la energía gravitatoria (negativa) aumente hasta mantener el total constante y cero.

Para una discusión más general sobre la conservación de la energía en la relatividad general, consulte mi artículo http://vixra.org/abs/1305.0034