Dove va l'energia della luce, quando si sposta in rosso?

Quando si parla dell'espansione dell'universo, si dice che può essere dimostrato dallo spostamento della luce rosso (poiché avremmo bisogno di una velocità superiore alla velocità della luce per ottenere questo spostamento rosso dall'effetto Doppler)

Sono un dilettante, quindi non sono sicuro di avere ragione, ma ecco cosa penso.

Il redshifting aumenta la lunghezza d'onda della luce. maggiore lunghezza d'onda = frequenza inferiore = meno energia.

Quindi, se i miei presupposti sono corretti, dove va questa energia dalla luce? In caso contrario, dove ho fatto un'ipotesi errata?

Il problema è che la conservazione dell'energia è un concetto sfuggente nella relatività generale. Ci sono argomenti avanti e indietro, ma la maggior parte delle persone accetta che la conservazione dell'energia sia solo una legge locale - si applica solo a una struttura inerziale locale e non può essere applicata all'universo nel suo insieme. Tuttavia in un universo in espansione è molto difficile identificare eventuali frame inerziali e certamente non quelli che racchiudono un volume cosmologicamente significativo.

Ciò significa che se si rende una "scatola" locale abbastanza piccola da non essere influenzata dall'espansione dell'universo, si applica la conservazione dell'energia. Ma ovviamente in una tale scatola, un fotone entrerebbe e uscirà con la stessa energia perché la scatola non è influenzata dall'espansione dell'universo e quindi non ci sarebbe alcun spostamento verso il rosso del fotone.

Un modo per rispondere a questo è dire che la conservazione dell'energia è una legge che deve essere applicata in un singolo quadro di riferimento: non è destinata a funzionare se si cambiano i quadri di riferimento. È vero che la relatività generale rende questo un punto ancora più difficile, perché non sta solo cambiando i quadri di riferimento lì, ma una domanda più semplice appare anche nella relatività speciale. Se una fonte di luce si sta allontanando da te, e quella fonte viene accesa per un po 'e poi spenta, i ricevitori che si allontanano da quella fonte rileveranno meno energia luminosa totale rispetto a quelli che non si allontanano. Questo è vero anche se la sorgente è un raggio che entra interamente nel rivelatore. Quindi potresti anche chiedere, se il rilevatore si allontana e rileva meno energia, dove è andata l'energia mancante?

La risposta è che non manca energia. Il rivelatore che si allontanava calcolava sempre che c'era meno energia in quel raggio e che meno energia veniva conservata per tutto il tempo. La conservazione dell'energia rientra in un determinato quadro di riferimento: anche l'energia di un proiettile ottiene molto meno se si passa al quadro di riferimento del proiettile.