Imeekö pimeä energia fotonien energiaa?

Vaikka aallonpituus muuttuisikin, mistä päättelet että valon sisältämän energian määrä muuttuisi? Säteilyn spektrinen energiatiheys aallonpituuden suhteen mitataan jouleina metrin neljättä potenssia kohti.

Sähkömagneettisen säteilyn energianvaihto aineen kanssa on kvantittunut siten, että kukin vapausaste voi vaihtaa energiaa vain kvanteissa E = hf. Tämä koskee vain yhtä fotonia. On tietenkin totta, että ontelosäteilyn mitatuista spektreistä havaitaan, että spektrinen energiatiheys pienenee jyrkästi aallonpituuden pienentyessä eli taajuuden kasvaessa. Energiatiheys alkaa pienentyä sitä aikaisemmin, mitä alemmassa lämpötilassa säteilyä tarkastellaan, nyt toki lämpötila oletetaan vakioksi. Tässä toistuu sama ilmiö kuin aineen termisissä ominaisuuksissa, vapausasteiden jäätyminen.

Ei valon aallonpituuden kasvaminen sinällään energian säilymislakia riko. Einsteinilaisen painovoimateorian oppikirjoista voit etsiä esimerkkilaskelmia, joissa punasiirtymä pystytään selittämään metriikoissa, jotka säilyttävät energian. Empiria vain enenevästi näyttää siltä, että metriikat, jotka eivät säilytä energiaa kuvaavat paremmin kosmosta.

Valon energian siirtymisen miettijän kannattaa muistaa yksi erityisen suhteellisuusteorian havainto: valo kulkee valon nopeudella eli fotonin näkökulmasta aika on pysähtynyt. Fotonin maailmassa sen nopeus on ääretön ja sen syntyminen ja häviäminen tapahtuvat samalla hetkellä.

Sitten voi miettiä tilannetta Heisenbergerin epätarkkuusteorian kannalta: kvantti sijaitsee koko sen vaikutusmatkalla, mitä tämä tarkoittaa P:lle?

Jos fotonin energia kasvaa, eikö sen pitäisi muuttaa aallonpituutta, sinisemmäksi, mutta ei tietenkään vaikuttaa nopeuteen?

Valon (puna)värisiirtymä johtuu avaruuden laajenemisesta, jonka seurauksena galaksien välimatkat kasvavat. Kysymyksessä ei ole Dopplerin ilmiö, vaikka sitä muodollisesti sellaisena voidaan käsitellä lyhyillä etäisyyksillä. Punasiirtymä voidaan käsittää niin, että avaruuden koko on kasvanut fotonin matkatessa kaukaisesta galaksista havaitsijan spektroskooppiin. Samalla valon aallonpituus on kasvanut verrannollisena kokoa kuvaavaan mittakaavatekijään.

Pakonopeus tai punasiirtymä on Hubblen vakio H kertaa etäisyys. Vakion arvo LIENEE välillä 50-70 km/s/Mpc, ja tuo arvo on ajan saatossa muuttunut lukuisia kertoja. Tarkkaa arvoa ei ole (ainakaan vielä) olemassa eri syistä: syiksi on esitetty muun muassa pimeän aineen käyttäytymistä tai sitä, että universumissa vaikuttaa jokin meille tuntematon hiukkanen.

Sinisiirtymiä esiintyy tilastollisesti yhtä paljon kuin punasiirtymiä. Galaktisessa avaruudessa näin ei kuitenkaan tarvitse olla, sillä maapallo sijaitsee linnunradan ulommalla reuna-alueella ja on siten spektrejä ajatellen selvästi keskiviivan sinisellä puolella, joten punasiirtymiä tulisi löytyä hieman enemmän kuin sinisiirtymiä. Tähtitieteen hiukkasten siirtymät ovat samalla tavalla kvantittuneita kuin fysiikan hiukkasten siirtymät.

Gravitaatioaaltojen mittaaminen saattaa tuoda lisävalaistusta asiaan ja mm. Hubblen vakioon.