Öncelikle, frekans ile foton sayısı değişmiyor. Frekans tek bir fotonun özelliğidir, bir fotonlar bütününün değil. Foton sayısının değişmesi, ışığın yeğinliğini değiştirir sadece.
Soruya dönecek olursak, bunu biraz daha genelleyip şu hale getirmekte yarar var:
Kütle çekimsel bir alandan kurtulan fotonun enerjisi değişir mi? Ya da evrende yolculuk eden bir foton herhangi bir elektromanyetik etkileşim geçirmeden, maddeyle etkileşmeden enerjisinde değişim yaşar mı?
Kısa cevap: Evet yaşar.
Bu duruma gravitational redshift (çekimsel kırmızıya kayma) diyoruz, bir diğeri de cosmological redshift (kozmolojik kırmızıya kayma). Bir foton çekimsel bir alandan çıktığı anda E0 enerjisine sahipse ve belirli bir süre sonra çekimsel alandan bir miktar uzaklaştıysa E1 enerjisine sahip olur. Bu durumda E0>E1 'dir yani foton enerjisini bir miktar kaybeder.
Kozmolojik kırmızıya kaymada ise evren genişlerken seyahat eden bir fotonun kırmızıya kayması söz konusudur. Bu kozmolojide çok popüler bir sorudur ve bende her fırsatta tanıştığım her kozmoloji profesörüne bunu sorar kapsamlıca tartışmaya çalışırım. Çünkü akla şu soru gelir: Kaybolan enerji nereye gidiyor?
Burada enerji kavramının tanımları oldukça önemli. Sabine Hossenfelder'ın Youtube kanalında enerji üzerine bu konuda aydınlatıcı bir açıklama var.
*Enerjinin kaybı demek frekansın azalması demek, dolayısıyla enerji kaybında kırmızıya kayma söz konusudur.