Waar blijft de energie van een foton waarbij de golflengte is veranderd door het Doppler effect?

Naar aanleiding van een andere vraag, zette me dit aan het denken.
Wanneer fotonen door de roodverschuiving een andere golflengte krijgen, neemt hun energie af (bij blauweverschuiving neemt de energie toe).

Maar waar blijft de energie (of waar komt deze vandaan)?

Weet jij het antwoord?

/2500

Er is geen energieverlies, want de uitgezonden golflengte verandert niet! Het Dopplereffect zorgt er alleen voor dat, gezien vanuit de waarnemer, de lichtgolven van een aanstormend foton wat lijken te worden samengedrukt, en van een wegvliegend foton, uitgerekt. Maar dit komt alleen doordat het door de grote snelheid van het foton lijkt of het licht blauwer (bij nadering) dan wel roder (bij verwijdering) is. De waarnemer neemt dit werkelijk waar; dat komt doordat er vanwege de snelheid van het naderen, golven iets samengedrukt lijken te worden, bij het verwijderen uitgerekt lijken te worden. Als analogie: stel je staat bij een spoorlijn en er komt een dieseltrein aanrijden met 100 km/h. dan lijkt die trein, bij het naderen, eerst groter te worden; nadat hij je gepasseerd is, lijkt hij kleiner te worden. Het hoge motorgeluid van de trein wordt tijdens het passeren ineens lager voor de waarnemer langs de spoorlijn; maar voor de machinist blijft het geluid constant van toon. Natuurlijk verandert aan die trein helemaal niets! Evenzeer een voorbijrijdende brandweerwagen: de sirene lijkt bij het naderen hoger te klinken dan bij het verwijderen (dit geluidseffect is het oorspronkelijke Dopplereffect, dat ook op andere straling toepasbaar bleek).

De golflengte verandert niet, en er is dus geen energieverandering. Bovenstaande voorbeelden van treinen etc. scheppen verwarring, omdat dat ellemaal verschijnselen zijn van golven in een medium. Dan kun je spreken van uitrekken en samendrukken. Niet bij licht, dus. Je moet in dit geval rekenen met de impuls van het foton, p=hv/c Als een ster van ons af beweegt moet je de impuls van de ster er vanaf trekken. p is dus kleiner, en dus ook de frequentie v. Die ligt dus al vast bij het uitzenden.

Er is geen dopplereffect bij fotonen. Als een foton nadert, passeert en zich verwijdert behoudt het dezelfde fequentie. Dit is lastig om te constateren omdat een eenmaal gepasseerd foton natuurlijk niet meer in te halen is om even de fequentie te testen :-) Waar je mee in de war bent, vermoed ik, is dat een voorwerp dat naar je toe beweegt, of van je af, een veschuiving in het spectrum laat zien. Rood of blauw, afhankelijk van de richting. Maar dit heeft niets met de energie van individuele fotonen te maken. Toegevoegd na 11 minuten: Ik denk dat deze roodverschuiving dan ontstaat omdat door tijddilletatie waardoor de lengte voor twee objecten anders is waardoor dezelfde frequentie in langere of kortere lengte wordt ervaren.

De energie is niet verdwenen. Wat veranderd is de de snelheid waarmee het licht waargenomen wordt. Je kunt zeggen, dat de waarnemer zelf bewegingsenergie heeft en dat hierdoor de waarneming veranderd is. De hoeveelheid energie is niet veranderd alleen tijdelijk anders verdeel tussen de waarnemer en het deeltje.

Stel zelf een vraag

Ben je op zoek naar het antwoord die ene vraag die je misschien al tijden achtervolgt?

/100