红移会降低光的频率,那么能量消耗在哪里了?

来源：学生作业帮编辑：作业帮分类：物理作业时间：2024/09/13 03:01:58

红移会降低光的频率,那么能量消耗在哪里了?
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,因而会具有多普勒频移.
但多普勒频移,理论上是没有能量损耗的.因为相对运动造成波的频率改变,单位时间接收的能量改变,但接收时间也反比改变,因此接收能量与发射能量是相等的.（忽视其他因素）

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