Учитывая, что Вселенная со временем расширяется в том смысле, что (пространственная) метрика со временем меняется, что соответствует увеличению физического расстояния между объектами, наивная интуиция приводит меня к выводу, что длина волны фотона, путешествующего из далекой галактики (удаляясь от нас) будет растягиваться, и, следовательно, его частота будет уменьшаться, что приведет к уменьшению энергии фотона (при этом эта энергия просто будет потеряна, поскольку симметрия переноса времени нарушена из-за Большого взрыва). Проблема с этим в том, что относительно другого наблюдателя длина волны не будет растянута на другую величину, и, следовательно, красное смещение фотона будет другим, соответствующим другому количеству энергии, теряемой фотоном.
Все это оставляет меня в замешательстве по этому вопросу. Действительно ли фотон смещается в красную сторону и теряет энергию из-за космического расширения, или это просто эффект наблюдателя (подобный стандартному эффекту Доплера). Кажется немного нелогичным, что фотон теряет энергию просто из-за своего распространения в пространстве?!
Является ли весь смысл этого тем, что это явление зависит от наблюдателя, а энергия объекта является величиной, зависящей от наблюдателя (энергия не сохраняется при перемещении между двумя разными системами отсчета)?!
Вам нужно сконцентрироваться на наблюдателе, производящем измерения. Фотоны переносят энергию, но они не теряют энергию только потому, что путешествуют. «Потеря» энергии не является причиной красного смещения, только если фотон рассеивается на чем-то, он теряет энергию.
Однако не все наблюдатели согласятся с тем, что у фотона одинаковое количество энергии. Предположим, вы находитесь в кадре, в котором фотон выглядит зеленым. Наблюдатель в другой системе отсчета, движущийся относительно вашей, измеряет фотон как красный.
Поскольку измерения производятся в разных системах отсчета, принцип сохранения энергии не нарушается. В конечном счете, энергия фотона зависит от частоты, и разные наблюдатели измеряют разные частоты.
Точно так же, если вы подбрасываете монету во время движения, монета имеет для вас другую скорость, чем скорость, измеренная сторонним наблюдателем. Имейте в виду, что энергия сохраняется в каждой системе отсчета. Закон энергии утверждает, что в любой данной системе отсчета количество энергии не меняется, но он не применяется к тому, как энергия в одной системе соотносится с энергией в другой системе отсчета.
Хорошая книга об этом — «Нелепая вселенная».
Простое дополнение к правильному ответу от @Countto10.
Значит, у них есть доплеровские сдвиги. вопрос может заключаться в том, что для фотонов космического микроволнового фона это красное смещение связано с чем? Ответ заключается в том, что это относится к так называемой сопутствующей системе отсчета, системе отсчета, которая (в некотором роде) является системой отсчета, расширяющейся вместе со Вселенной — таким образом, движущейся вместе. Это также система отсчета, с которой космический микроволновый фон (и средняя Вселенная) выглядит изотропным и однородным.
При измерении эти красные смещения будут включать наше движение относительно этих сопутствующих координат, нашу так называемую пекулярную скорость. Это включает в себя наше движение вокруг Солнца, движение Солнца вокруг Галактики, Галактики вокруг своего скопления и скопления.
пользователь108787