¿A dónde va la energía de la luz, cuando cambia de color rojo?

Cuando se habla de la expansión del universo, se dice que puede demostrarse mediante el cambio de luz roja (ya que necesitaríamos una velocidad superior a la de la luz para obtener este desplazamiento al rojo por el efecto Doppler)

Soy aficionado, así que no estoy seguro de estar en lo correcto, pero esto es lo que pienso.

El desplazamiento hacia el rojo aumenta la longitud de onda de la luz. mayor longitud de onda = menor frecuencia = menos energía.

Entonces, si mis suposiciones son correctas, ¿a dónde va esta energía de la luz? Si no, ¿dónde hice una suposición incorrecta?

El problema es que la conservación de la energía es un concepto resbaladizo en la relatividad general. Hay argumentos de ida y vuelta, pero la mayoría de las personas acepta que la conservación de la energía es solo una ley local: se aplica solo a un marco de inercia local y no se puede aplicar al universo en su conjunto. Sin embargo, en un universo en expansión es muy difícil identificar cualquier marco inercial y ciertamente no los que abarcan un volumen cosmológicamente significativo.

Lo que esto significa es que si crea una "caja" local lo suficientemente pequeña como para que no se vea afectada por la expansión del universo, se aplicará la conservación de energía. Pero, por supuesto, en dicha caja, un fotón entraría y saldría con la misma energía porque la caja no se ve afectada por la expansión del universo y, por lo tanto, no habría desplazamiento hacia el rojo del fotón.

Una forma de responder a esto es decir que la conservación de la energía es una ley destinada a aplicarse en un solo marco de referencia; no está diseñada para funcionar si cambia los marcos de referencia. Es cierto que la relatividad general hace que este sea un punto aún más difícil, porque no se trata solo de cambiar los marcos de referencia, sino que aparece una pregunta más simple incluso en la relatividad especial. Si una fuente de luz se aleja de usted, y esa fuente se enciende por un tiempo y luego se apaga, los receptores que se alejan de esa fuente detectarán menos energía de luz total que aquellos que no se alejan. Esto es cierto incluso si la fuente es un rayo que entra completamente en el detector. Por lo tanto, también podría preguntar, si el detector se aleja y detecta menos energía, ¿a dónde se fue la energía faltante?

La respuesta es que no falta energía. El detector que se alejaba siempre calculaba que había menos energía en ese haz, y que se conservaba menos energía todo el tiempo. La conservación de la energía está dentro de un marco de referencia dado; incluso la energía de una bala se reduce mucho si cambia al marco de referencia de la bala.