Momento y energía del fotón

¿Cambia el impulso y la energía del fotón cuando viaja desde galaxias distantes a través del espacio?

OP no está hablando de fotones saliendo de un pozo gravitatorio.
@josephh Noté "cuando viaja desde galaxias distantes", las galaxias distantes son pozos gravitacionales.
Claramente, el OP se refiere al desplazamiento al rojo de expansión universal, no al desplazamiento al rojo gravitacional. Salud.
A esta pregunta le falta contexto: ¿De dónde sacaste la afirmación de que el impulso y la energía de un fotón no cambian?

Respuestas (1)

Un fotón que viaja a través de distancias intergalácticas en el espacio pierde energía e impulso debido a la expansión del espacio-tiempo (expansión universal). Esto se denomina corrimiento al rojo cosmológico donde la longitud de onda a la que se emite originalmente la luz se alarga a medida que viaja a través de un universo en expansión, lo que significa que el fotón pierde energía.

La energía de un fotón está dada por

mi = h C λ
dónde h es la constante de Planck, C es la velocidad de la luz y λ es la longitud de onda del fotón. Así que si λ aumenta, la energía disminuye.

El impulso del fotón es

pag = mi C = h λ
lo que significa que también pierde impulso debido a la expansión universal.

Aquí asumimos que el fotón se mueve a través del espacio vacío y no interactúa (ni se desplaza hacia el rojo) con los campos gravitatorios de los objetos masivos. Es decir, la pérdida de energía se debe únicamente a la expansión universal (el fotón "interactúa" únicamente con el universo en expansión).

¿Hacia dónde pierde la energía y el impulso? Y si lo hace, ¿¡por qué todavía podemos verlo!?
Hola AM Esa es realmente una pregunta que se ha debatido muchas veces. La conservación de la energía en los modelos cosmológicos está lejos de ser clara. De hecho, la conservación de energía en la Relatividad General siempre ha sido problemática. Eche un vistazo a esta pregunta y las respuestas/enlaces que contiene. Salud.
También hay corrimiento al rojo gravitacional. ¿No es el corrimiento al rojo cosmológico algún efecto Doppler? Lo que describe suena mucho más emocionante que los automóviles que salvan vidas (la fórmula se refiere al desplazamiento al rojo gravitacional, no cosmológico, este último es el efecto Doppler, el primero no lo es).
@PeterBernhard El desplazamiento al rojo gravitacional ocurre cuando las ondas electromagnéticas salen de un pozo gravitacional. El corrimiento al rojo cosmológico ocurre debido a la expansión del universo. Tenga en cuenta que el desplazamiento Doppler generalmente se refiere al movimiento relativo entre la fuente y el observador. ¿A qué fórmulas te refieres? He enumerado dos ecuaciones que expresan la energía y el momento de los fotones.
Wikipedia a la que se vincula dice "Para derivar el efecto de desplazamiento al rojo, use la ecuación geodésica para una onda de luz, que es ...", seguida de alguna fórmula que no corresponde a las que enumeró. - Es cierto que, en el momento anterior, me equivoqué al considerar que el corrimiento al rojo cosmológico se consideraba un efecto Doppler puro. Parecen considerar el desplazamiento hacia el rojo cosmológico como una especie de desplazamiento hacia el rojo gravitacional, para saberlo por la fórmula que no pude pasar y copiar (de la página vinculada a Wiki). En mi opinión, esa fórmula que no enumeró no se refiere al desplazamiento al rojo gravitacional ni al desplazamiento al rojo Doppler.
@PeterBernhard Cierto. Según mi último comentario, las ecuaciones anteriores son generales y describen la energía y el momento de las partículas cuánticas. No tienen nada que ver con el corrimiento al rojo como tal. Salud.
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