Закон сохранения энергии и эффект Доплера?

Закон сохранения энергии неприменим в этой ситуации, потому что энергия, которую вы измеряете в состоянии покоя относительно источника, и энергия, которую вы измеряете при движении относительно источника, находятся в разных системах отсчета. Энергия не сохраняется между различными системами отсчета в том смысле, что если вы измеряете количество энергии в одной системе отсчета, и вы измеряете соответствующее количество энергии в другой системе отсчета, закон сохранения ничего не говорит вам о том, были ли эти две измерения измерены. значения должны быть одинаковыми или разными. Если вы собираетесь использовать закон сохранения энергии, вы должны проводить все измерения без изменения скорости.

На самом деле утверждение, что энергия увеличивается или уменьшается из-за доплеровского сдвига, вводит в заблуждение, потому что это подразумевало бы, что существует некий физический процесс, изменяющий энергию фотона. На самом деле это не так, просто энергия — это величина, измеряемое значение которой зависит от того, как вы ее измеряете.

Для получения дополнительной информации см. Является ли кинетическая энергия относительной величиной? Будет ли это делать несовместимые уравнения при применении его к уравнениям сохранения энергии? .

Верхний ответ правильный, но неполный; даже в системе отсчета «свидетель» легко заметить, что фотоны передают больше энергии получателю, когда источник излучения движется к указанному получателю, а не от него. Энергия действительно приобретается или теряется фотонами.

Это происходит из-за радиационного давления . Источник излучения теряет кинетическую энергию из-за фотонов, излучаемых в направлении движения, и получает кинетическую энергию из-за фотонов, излучаемых в противоположном направлении. Точно так же фотоны передают кинетическую энергию реципиенту, вызывая потерю кинетической энергии, если реципиент движется к источнику излучения, или увеличение энергии, если реципиент удаляется от источника. Поскольку фотоны всегда движутся со скоростью света, полученная/потерянная энергия наблюдается как изменение длины волны.

Сохранение энергии соблюдается, если вы используете релятивистский эффект Доплера.
В основном измеряемая энергия зависит от системы отсчета, в которой вы находитесь.
То же самое относится и к фотонам, испускаемым космическим фоном.
Учтите, что при$z=1000$тогда скорость испускаемого света близка к скорости света.
Затем$3000K$черное тело, по-видимому, имеет$3K$длина волны сегодня... просто потому, что длина волны и, следовательно, энергия измеряются в нашей системе отсчета.

Чтобы выразить это в более простой форме:

(куда$f_s$- частота источника и$f_o$частота наблюдателя)

Где

Чтобы поместить его в длину волны, просто используйте:

Таким образом, энергия кажется меньше для покоящегося наблюдателя, чем для движущегося наблюдателя.
Это просто релятивистский эффект.
Ничего не создается и не теряется.

Предположим, что источник света с постоянной мощностью движется:

Движущийся источник толкает свет силой F на расстояние s. Энергия источника уменьшается на величину F*s, где s — расстояние, пройденное источником во время излучения света.

Силу F можно рассчитать как E/(c*t), где E — энергия света, а t — время, необходимое для излучения света.

О системах отсчета: Наблюдатель, как и тот, который наблюдает за источником света, не ускоряется, и к наблюдателю привязана система отсчета. Каждый объект во Вселенной находится в этой системе отсчета, и покинуть эту систему отсчета невозможно.

Я думаю, что энергию можно создать... я согласен с Дэвидом З., что энергия не сохраняется между разными системами отсчета... но я могу показать вам, что энергия, измеренная в одном кадре, может вызывать опасения... Увеличивается ли энергия фотона, когда я его испускаю? от поезда, движущегося с сопоставимой скоростью, и отразить его обратно зеркалом на платформе, чтобы я мог снова поймать его в поезде? Согласно эффекту Доплера частота фотона для наблюдателя, стоящего возле зеркала, больше, чем для наблюдателя в поезде. Таким образом, для наблюдателя у зеркала энергия фотона больше, чем энергия, наблюдаемая наблюдателем в поезде. когда он отражается обратно и достигает поезда, его частота больше, чем начальная частота при наблюдении наблюдателем в поезде. Таким образом, очевидно, что энергия фотона увеличивается без совершения какой-либо работы....

Когда вы рассматриваете реальный фотон, он конечен в пространстве и времени. Если вы столкнетесь с фотоном с красным смещением, он несет меньше энергии за цикл, но он длиннее в пространстве и с точки зрения наблюдателя, он достигает детектора дольше, чем фотон без красного смещения.

Закон сохранения энергии применим к любой системе. Я мало знаю об эффекте Доплера, о котором вы говорите. Поясню аналогичную ситуацию. Называется "Квантовые скачки". В принципе, если слегка пощекотать какой-либо атом при столкновении с другим атомом или посветив на него светом, электрон может совершить переход в какое-то другое стационарное состояние, либо поглощая энергию и переходя в более высокие энергетические состояния, либо испуская энергию (обычно в виде электромагнитного излучения). На практике такие возмущения всегда присутствуют.

Электромагнитная волна (световая или инфракрасная, ультрафиолетовая и т.д. и т.п.) состоит из поперечных и взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей. Атом в присутствии света реагирует прежде всего на электрическую составляющую. Затем атом подвергается воздействию синусоидально колеблющегося электрического поля. В этом процессе атом поглощает энергию Eb-Ea = hw0 из электромагнитного поля. Мы говорим, что он «поглотил фотон». Хотя само поле мы рассматриваем как классическое, фотон действительно относится к квантовой электродинамике. Итак, я предлагаю вам изучить квантовую электродинамику, чтобы понять это более подробно.

В электромагнитных полях или вообще в полях термин энергия часто вводит в заблуждение. Энергия присутствует в полях. Поле представляет собой энергию. Это сложно понять, но когда вы будете изучать электродинамику, вы это узнаете.