Czy efekt Dopplera wpływa na energię fotonu?

Pytanie

Pyta Jakub

Jeżeli w wyniku efektu Dopplera obserwator zaobserwuje światło o niższej częstotliwości niż wyemitowane ze źródła, to zgodnie ze wzorem $E = hf$ jego energia spadnie. Gdzie różnica tej energii się podziewa? W odwrotnej sytuacji, gdy zaobserwowana częstotliwość jest wyższa, skąd się bierze ta dodatkowa energia?

Odpowiedź

Odpowiada Arkadiusz Kobus

Zasada zachowania energii wymusza stałość energii zamkniętego układu dla każdego inercjalnego obserwatora. Nie mówi ona jednak nic o tym, jak ta energia zmienia się dla różnych obserwatorów. Energia fotonu dla jednego obserwatora zawsze wynosi $E_1=hf_1$, zaś dla drugiego zawsze wynosi $E_2=hf_2$. Nie jest to coś wyjątkowego dla światła, jadąc pociągiem możemy policzyć ogromną energię kinetyczną mijających nas wieżowców, zaś stojąc na peronie będą one spoczywać, więc będą miały zerową energię kinetyczną. Nie jest to jednak nic paradoksalnego, każdy inercjalny obserwator będzie miał swoją własną energię całkowitą, która nie będzie się zmieniała w czasie, ale każdy obserwator będzie mógł mieć tę energię inną.