מה קורה לפוטונים בעת הסטה של האור לכיוון הכחול או האדום?
1/12/2011

התשובה באדיבות אתר "בשער".

קראתי שכאשר גוף שפולט אור (כוכבים רחוקים לדוגמה) מתקרב או מתרחק אלי יש הסטה של האור לכחול או לאדום בהתאמה (בגלל שאורך הגל מתקצר או מתארך). שאלתי היא, הרי אנרגיית הפוטונים תלויה בתדר, ואם אורך הגל משתנה גם התדר משתנה, לאן נעלמת או מאיפה נוספת האנרגיה?

תשובה פרופ' נועם סוקר, הפקולטה לפיסיקה, הטכניון

אנרגיה היא גודל נשמר, לכן לא נעלמת ולא נוספת. אלא שהאנרגיה במערכות יחוס שונות לא חייבת להיות זהה. ניקח כוכב המתרחק מכור הארץ. הוא פולט פוטון באנרגיה מסוימת "אנרגיה-א". אנחנו קולטים את הפוטון באנרגיה נמוכה יותר "אנרגיה ב". כלומר, אנרגיית הפוטון כפי שנמדדת על ידי הכוכב המתרחק שונה מהאנרגיה הנמדד על ידי צופה בכדור הארץ. אין בזה שום בעיה. שימור אנרגיה מתקיים. נוכל להדגים זאת בדוגמה הבאה.

קרן אור נשלחת מכדור הארץ לעבר לווין המתרחק מכדור הארץ. הפוטונים מוחזרים ממראה הצמודה ללווין המתרחק ונקלטים בכדור הארץ. עקב התרחקות המראה הם עברו הסחה לאדום, והאנרגיה שלהם נמוכה יותר מהאנרגיה שלהם כאשר נשלחו.

לאן התגלגלה האנרגיה? ובכן, כאשר הפוטונים פוגעים בלווין המתרחק הם מפעילים עליו כוח ומאיצים אותו. האנרגיה שהפסידו הפוטונים התגלגלה לתוספת אנרגיה ללווין.