红移会降低光的频率,那么能量消耗在哪里了?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/07 08:03:50
光是电磁波,频率的高低体现着能量的大小。红移现象降低了光的频率,那么能量消耗在了哪里?请高手帮忙解释一下。可能的话,多普勒红移、引力红移、宇宙红移的都要。主要是多普勒红移。
那么在通讯中发生的频移是怎么回事呢?在通讯者移动时我记得通讯信号也会发生红移和蓝移吧……

光的哈勃红移和引力红移。

哈勃红移和引力红移,不是在光源发出光时形成的,而都是在光传播过程中累积改变的,而且两者具有等效的原因——反向加速度对应的时空弯曲造成的。

哈勃红移情况,空间均匀膨胀,相对退后速度随距离增加,也即随时间增加,具有反向相对加速度。
引力红移情况,由强引力场到弱引力场,具有反向引力加速度。

在广义相对论下,两者具有等同的效应或成因——时空弯曲。

光沿时空弯曲切向运动,能量不变,但会因时空直线弯曲而被偏转;沿时空弯曲法向运动,能量会改变,但方向不变。

因为弯曲的时空与力场等效,所以前者等效于沿等势线运动,后者等效于在等势线间运动,于是前者位能不变,后者位能改变。而因能量守恒,位能改变,会改变运动体的其他部分能量,于是光子能量(电磁能)改变。

红移情况,是光沿弯曲时空外法线方向(由高曲率向低曲率的方向)运动,光子能量降低。等效于克服力场消耗自身能量。

光在均匀膨胀的空间运动,必然会产生哈勃红移。
光在引力场间运动,一般是偏转效应为主,而最终是红移还是蓝移看光源与受体处的引力场谁强谁弱。但发光天体的引力场都会大于地球的,所以地球观测的都附加引力红移。

光子能量降低,由光子能量公式E=hν(h是普朗克常数,ν是光子频率),得ν相应降低。而光速c=λν不变,ν降低,则波长λ变长,这就是红移。

而多普勒红移或蓝移,是指波源形成波过程时间间隔改变。

但光具有波粒二象性,发射光子是量子效应,对应粒子特性,所以光源与受体处的相对运动(距离改变的),会改变接收光子的时间间隔(距离改变,光速不变),即改变接收光强(单位时间内接收的光子数)。

但不会改变光子能量(对应量子能级差),即不改变频率(因光速不变波长也不变,即不变色)。

所以天体发光机制导致没有多普勒红移或蓝移。

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而同样是因为光的波粒二象性,宏观的电磁波发射机制,主要对应波动性,因而会具有