¿La luz pierde energía en tránsito?

Considere que un fotón es una partícula energética y, por lo tanto, tiene un campo gravitacional. Cuando un fotón pasa por una molécula o partícula de polvo en el espacio, atraerá el polvo hacia él y lo deformará. Esto perderá energía en la forma newtoniana normal, y el fotón suministra la energía.

Suponiendo que la velocidad de la luz es constante, esto implica que el fotón se volverá menos energético y, por lo tanto, se desplazará hacia el rojo en sus viajes, simplemente como consecuencia de las interacciones con los objetos cercanos. ¿El efecto es real y/o medible?

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Respuestas (1)

Sí, el efecto es real, al menos potencialmente, pero no, no es medible.

Aparte, el desplazamiento al rojo de la luz por su interacción gravitatoria con el polvo (homogéneo e isotrópico) es exactamente lo que predice la métrica FLRW, pero claramente no es esto lo que significa la pregunta.

El campo gravitatorio de un haz de luz se calcula en el artículo Sobre el campo gravitatorio producido por la luz de Tolman, Ehrenfest y Podolsky (el enlace es un PDF de 1,5 MB). Una partícula de prueba siente una fuerza normal al rayo de luz (no hay fuerza paralela al rayo de luz), por lo que parte de la energía de la luz se transferiría a la partícula de prueba. En principio, cuando un rayo de luz atraviesa una partícula de polvo, obtendríamos algo como esto:

Luz

Parte de la energía de la luz se transferiría a la partícula y, como resultado, se desplazaría hacia el rojo. El cambio es demasiado pequeño para ser medible, pero en principio estaría ahí.

Sin embargo, esto no es probable que suceda fuera de un laboratorio de física. Para la luz de las estrellas que brilla a través de una nube de polvo, la interacción en realidad se vería así:

Luz

debido a que la luz es simétrica alrededor de la partícula de polvo, la partícula no siente una fuerza neta y no se acelera. Por lo tanto, no se le transfiere energía y la luz no se desplaza hacia el rojo. Como resultado, no hay corrimiento hacia el rojo cosmológico debido a las interacciones gravitatorias con el polvo.

Estaba más pensando en los cambios dentro de la partícula de polvo, provocando el calentamiento de la partícula y la consiguiente pérdida de energía en los fotones. Me parece que esto podría causar una fuerza paralela al rayo de luz, y se volvería más complejo por la cuestión de si la perturbación gravitacional/temporal precede al fotón en el espacio.
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