Wohin geht die Energie des Lichts, wenn es sich rot verschiebt?

Wenn wir über die Expansion des Universums sprechen, wird gesagt, dass dies durch die Rotverschiebung des Lichts bewiesen werden kann (da wir eine höhere Lichtgeschwindigkeit benötigen würden, um diese Rotverschiebung durch den Doppler-Effekt zu erzielen).

Ich bin ein Amateur, also bin ich mir nicht sicher, ob ich richtig liege, aber hier ist, was ich denke.

Rotverschiebung erhöht die Wellenlänge des Lichts. höhere Wellenlänge = niedrigere Frequenz = weniger Energie.

Also, wenn meine Annahmen richtig sind, wohin geht diese Energie aus dem Licht? Wenn nicht, wo habe ich eine falsche Annahme gemacht?

Das Problem ist, dass die Energieeinsparung in der Allgemeinen Relativitätstheorie ein schlüpfriges Konzept ist. Es gibt verschiedene Argumente, aber die meisten Menschen akzeptieren, dass Energieerhaltung nur ein lokales Gesetz ist - es gilt nur für einen lokalen Trägheitsrahmen und kann nicht auf das Universum als Ganzes angewendet werden. Jedoch in einem expandierenden Universum ist es sehr schwierig zu identifizieren alle Inertialsysteme und schon gar nicht diejenigen , die ein kosmologisch signifikantes Volumen umfassen.

Dies bedeutet, dass, wenn Sie eine lokale "Box" so klein machen, dass sie nicht von der Ausdehnung des Universums betroffen ist, Energie gespart wird. Aber in einer solchen Box würde ein Photon natürlich mit der gleichen Energie ein- und aussteigen, da die Box von der Expansion des Universums nicht betroffen ist und es daher zu keiner Rotverschiebung des Photons kommt.

Eine Möglichkeit, dies zu beantworten, besteht darin, zu sagen, dass Energieeinsparung ein Gesetz ist, das in einem einzelnen Referenzrahmen angewendet werden soll. Es ist nicht vorgesehen, dass es funktioniert, wenn Sie Referenzrahmen ändern. Es ist wahr, dass die allgemeine Relativitätstheorie dies noch schwieriger macht, da sie dort nicht nur Referenzrahmen ändert, sondern eine einfachere Frage auch bei der speziellen Relativitätstheorie auftaucht. Wenn sich eine Lichtquelle von Ihnen wegbewegt und diese Quelle für eine Weile eingeschaltet und dann ausgeschaltet wird, erkennen Empfänger, die sich von dieser Quelle wegbewegen, weniger Gesamtenergie als Empfänger, die sich nicht von Ihnen wegbewegen. Dies gilt auch dann, wenn die Quelle ein Strahl ist, der vollständig in den Detektor eintritt. Sie könnten also gleichermaßen fragen, ob der Detektor sich entfernt und weniger Energie detektiert. Wohin ist die fehlende Energie gegangen?

Die Antwort lautet: Es fehlt keine Energie. Der Detektor, der sich wegbewegt, hat immer damit gerechnet, dass sich in diesem Strahl weniger Energie befindet und dass die ganze Zeit weniger Energie gespart wurde. Die Energieeinsparung liegt innerhalb eines bestimmten Referenzrahmens - selbst die Energie einer Kugel wird viel geringer, wenn Sie zum Referenzrahmen der Kugel wechseln.