Para onde vai a energia da luz quando muda para vermelho?

Ao falar sobre a expansão do universo, diz-se que isso pode ser comprovado pelo desvio da luz (como precisaríamos de velocidade superior à velocidade da luz para obter esse desvio de vermelho pelo efeito Doppler).

Sou amador, então não tenho certeza se estou correto, mas aqui está o que penso.

Redshifting aumenta o comprimento de onda da luz. maior comprimento de onda = menor frequência = menos energia.

Então, se minhas suposições estão corretas, para onde vai essa energia da luz? Se não, onde fiz uma suposição incorreta?

O problema é que a conservação de energia é um conceito escorregadio na Relatividade Geral. Existem argumentos de um lado para o outro, mas a maioria das pessoas aceita que a conservação de energia é apenas uma lei local - aplica-se apenas a uma estrutura inercial local e não pode ser aplicada ao universo como um todo. No entanto, em um universo em expansão, é muito difícil identificar quaisquer quadros inerciais e certamente não aqueles que abranjam um volume cosmologicamente significativo.

O que isto significa é que, se você criar uma "caixa" local pequena o suficiente para não ser afetada pela expansão do universo, a conservação de energia será aplicada. Mas é claro que em tal caixa, um fóton entraria e sairia com a mesma energia, porque a caixa não é afetada pela expansão do universo e, portanto, não haveria mudança de vermelho do fóton.

Uma maneira de responder a isso é dizer que a conservação de energia é uma lei que se aplica a um único quadro de referência - não se destina a funcionar se você alterar os quadros de referência. É verdade que a relatividade geral torna esse ponto ainda mais difícil, porque não está apenas mudando os quadros de referência, mas uma pergunta mais simples aparece mesmo na relatividade especial. Se uma fonte de luz estiver se afastando de você e essa fonte for ligada por um tempo e depois desligada, os receptores que estiverem se afastando dessa fonte detectarão menos energia luminosa total do que aqueles que não estão se afastando. Isso é verdade mesmo se a fonte for um feixe que entra totalmente no detector. Assim, você poderia perguntar igualmente, se o detector se afasta e detecta menos energia, para onde foi a energia perdida?

A resposta é: não há energia perdida. O detector que se afastava sempre achava que havia menos energia naquele feixe e que menos energia era conservada o tempo todo. A conservação de energia está dentro de um determinado quadro de referência - mesmo a energia de uma bala fica muito menor se você mudar para o quadro de referência da bala.