Rödförskjutning som förekommer pga universums expansion?

En av grundstenarna i bla Big Bang-teorin är just att universum expanderar, rummet i sig blir större. Ett bevis för detta är observerad rödförskjutning.

Var försvinner energin försvinner då frekvensen på ljuset sänks?
Hur beskrivs detta matematisk?

Den försvinner inte.

Tolka det som om du skjuter på någon med ett gevär med tex 1000m/s i utgångshastighet.
Om personen står still träffar du honom med full kraft.

Om personen färdas ifrån dig med en fart av 999.9 m/s är kulan helt kraftlös från hans referens
när den träffar honom.

Men kulans energi från din referens är intakt.

Fast det låter ju väldigt konstigt då ljuset alltid träffar med ljusets hastighet. Hur går detta ihop matematiskt då E=hf?

Tja, liknelsen med gevärskulan ska enbart tas som en väldigt grov liknelse, och förklarar nog mer den vanliga dopplereffekten än rödförskjutning pga. universums expansion. Mer korrekt är nog att säga att energi inte är en bevarad storhet i allmän relativitetsteori, iaf. inte över stora avstånd (s.k. globalt) och därför behöver det inte finnas någon globalt bevarad energi, och alltså kan det verka som att energi försvinner. Anledningen till detta är att energins bevarande hänger intimt ihop med systems symmetri under tidstranslation (energi är den bevarade laddningen man får från tidssymmetri genom Noethers teorem), och t.ex. ett expanderande universum är ju explicit inte tidssymmetriskt. Därför har vi inte någon globalt definierad konserverad energi (eller iaf. är den inte helt trivial att definiera, det kanske finns någon annan, liknande storhet som är globalt bevarad).

Entr0pi

Jo det är ju två fenomen han beskriver jag svarade på ena då frågan utmynnade i var energin tar vägen.

GoMute


Om vi tänker som så här då.
Du har en laser på 1000kw som du riktar mot en planet X miljarder ljusår bort.
Denna planet upplever du far ifrån dig med säg 0.5c pga universums expantion.

På denna planet kommer de om X miljarder år om de tittar att uppleva att ett laserljus skickats mot dem från en planet som avlägsnar sig från dem med 0.5c.
Detta ljus blir ju rödförskjutet då pga universums expantion.

Men det innebär ju inte att effekten på din laser eller energiförbrukningen varierar beroende på vilket mål du riktar den eller hur ? Riktar du den mot tex månen så har du samma effekt på lasern som om du riktar den rakt ut i världsrymden mot planeten X miljarder ljusår bort.

En ficklampas ljus räcker ju inte längre om du riktar den mot rymden i stället för mot backen.

Att de på planet X upplever din laser som energifattigare är ju inget annat än en relativistisk effekt.
På samma sätt som om du skulle se en bil köra förbi dig i en hastighet nära c.
Bilen är normallång enligt dem själva men endast någon decimeter lång från ditt perspektiv.

Så det handlar om var du placerar dina referenspunkter.
Räknar de från planet X och lägger till förlusten som universums expantion ger upphov till i form av rödforskjutning så får de samma effekt på lasern som du får.

Det spelar ingen roll från utgångspunkten, riktar jag en blå laser mot planet x vilken visar sig vara röd då den kommer fram så har våglängden expanderats och medfört att ljuset innehåller lägre energi än tidigare. Detta sker även i vaakum under samma förhållanden vilket medför att fotonen inte kan "tappa" energi på något vis (vad jag vet). Det som stör mig är inte själva effekten utan snarare energiförlusten.

Att det är en relativistisk effekt låter lite konstigt men men..


Det här var väldigt svårt att smälta för mig då jag verkligen inte är van vid energi som "upphör" att existera. Det låter lite väl invecklat men du har möjligtvis inte någon länk eller tips på böcker som gör att jag kan lära mig mer om detta?

Jo, det hela är en aning komplicerat. Grundkonceptet, att bevarade storheter som t.ex. energi eller rörelsemängd, hänger ihop med symmetrier (vilket kallas Noethers sats), täcks i valfri bok om analytisk mekanik, presenteras oftast ihop med Lagrange-mekanik. En bok jag kan rekomendera om detta är volym 1 av Landau och Lifshitz serie om teoretisk fysik. Så, för att bara klargöra lite ytterligare, om ett system har tidssymmetri (beter sig likadant vid olika tidpunkter), får man en bevarad storhet vi kallar energi, och om systemet istället har rumslig translationssymmetri får man en bevarad storhet vi kallar rörelsemängd. Rotationssymmetri ger rörelsemängdsmoment, U(1)-symmetri ger elektrisk laddning osv. Så vitt vi vet kan alla bevarade storheter komma från någon typ av symmetri.

Det finns flera orsaker varför man inte har en bevarad energi i allmän relativitetsteori, men en av dem är att man inte nödvändigtvis kan definiera en global tid. En annan är att ett expanderande universum inte har en direkt tidssymmetri. Därför är det svårt att hitta en väldefinierad energi som är bevarad. Att lära sig allmän relativitetsteori är lite avancerat, men Sean Carrolls bok är en bra första bok och här är en lysande föreläsningsserie.

@GoMute

Visst är det svårt att greppa till en början men det handlar om att din världsuppfattning
är inte min världuppfattning om vi rör oss i förhållande till varandra och med ökande hastighet ökar skillnaderna. Du måste räkna om din verklighet till hans och vise versa om du vill erhålla samma information.