Où va l'énergie de la lumière lorsqu'elle se déplace vers le rouge?

Quand on parle de l'expansion de l'univers, on dit que cela peut être prouvé par le décalage vers le rouge de la lumière (car nous aurions besoin d'une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière pour obtenir ce décalage vers le rouge par effet Doppler).

Je suis amateur, donc je ne suis pas sûr d'avoir raison, mais voici ce que je pense.

Le décalage vers le rouge augmente la longueur d'onde de la lumière. longueur d'onde supérieure = fréquence inférieure = moins d'énergie.

Donc, si mes hypothèses sont correctes, où va cette énergie de la lumière? Sinon, où ai-je fait une supposition incorrecte?

Le problème est que la conservation de l'énergie est un concept glissant dans la relativité générale. Il y a des arguments dans les deux sens, mais la plupart des gens acceptent que la conservation de l'énergie n'est qu'une loi locale - elle ne s'applique qu'à un cadre inertiel local et ne peut pas être appliquée à l'univers dans son ensemble. Cependant, dans un univers en expansion, il est très difficile d'identifier des cadres inertiels et certainement pas ceux qui englobent un volume cosmologiquement significatif.

Cela signifie que si vous fabriquez une "boîte" locale suffisamment petite pour qu'elle ne soit pas affectée par l'expansion de l'univers, la conservation d'énergie s'appliquera. Mais bien sûr, dans une telle boîte, un photon entrerait et sortirait avec la même énergie car la boîte n'est pas affectée par l'expansion de l'univers et il n'y aurait donc pas de décalage vers le rouge du photon.

Une façon de répondre à cela est de dire que la conservation de l'énergie est une loi destinée à être appliquée dans un cadre de référence unique - elle n'est pas destinée à fonctionner si vous changez de cadre de référence. Il est vrai que la relativité générale rend ce point encore plus difficile, car il ne s'agit pas simplement de changer les référentiels, mais une question plus simple apparaît même dans la relativité restreinte. Si une source de lumière s'éloigne de vous et que cette source est allumée pendant un certain temps puis éteinte, les récepteurs qui s'éloignent de cette source détecteront moins d'énergie lumineuse totale que ceux qui ne s'éloignent pas. Cela est vrai même si la source est un faisceau qui pénètre entièrement dans le détecteur. Ainsi, vous pourriez également vous demander si le détecteur s'éloigne et détecte moins d'énergie, où est passée l'énergie manquante?

La réponse est qu'il ne manque pas d'énergie. Le détecteur qui s'éloignait estimait toujours qu'il y avait moins d'énergie dans ce faisceau et que moins d'énergie était conservée tout le temps. La conservation de l'énergie est dans un cadre de référence donné - même l'énergie d'une balle devient beaucoup moins si vous passez au cadre de référence de la balle.