Jak grawitacja wpływa na długość fali światła?

10

Gdyby hipotetycznie ja i moja latarka z napędem rakietowym spadały prosto w kierunku centrum czarnej dziury. Latarka znajduje się kilka kilometrów za mną w naszych podróżach w kierunku centrum czarnej dziury, ale ponieważ jest napędzana rakietą, przez jakiś czas udaje mi się zachować dokładną odległość.

Chodzi o to; Odległość między mną a moją latarką jest stała, o ile ją obserwuję.

Fotony pochodzące z latarki oczywiście nie byłyby zasilane rakietami - i oddziaływałoby na nie grawitacja czarnych dziur.

Czy światło, które widzę z latarki, zostanie przesunięte w kierunku czerwonego lub niebieskiego, nawet jeśli odległość między mną a moją kochaną latarką zostanie zachowana?

W takim razie; zmieniając pozycje mnie i mojej latarki, czy zmieniłbym kolor, który obserwowałem?

Jeśli wyłączymy rakietę w latarce, zakładam, że zostałaby przesunięta na czerwono, niezależnie od tego, które były bliższe osobliwości, a wielkość przesunięcia ku czerwieni wydaje się przyspieszać?

gravity redshift frodeborli
źródło

Odpowiedzi:

3

Częściowa odpowiedź: im niższy potencjał grawitacyjny, tym wolniej zegary, patrz Grawitacyjne rozszerzanie czasu . Oznacza to, że dopóki latarka znajduje się za tobą w stałej odległości, wydaje ci się przesunięta na niebiesko. Po wymianie ról (światło pod tobą w stałej odległości) wydaje się przesunięte na czerwono. Dzięki niejednorodności pola grawitacyjnego przesunięcie rośnie z czasem, a jednocześnie spada w stałej odległości.

Nazywa się to przesunięciem Einsteina, co nie jest tym samym, co efekt Dopplera. Efekt Dopplera jest powodowany przez prędkość obiektów względem obserwatora.

Gerald
źródło
Aby wyjaśnić moje rozumienie twojej odpowiedzi. Istnieją dwa czynniki wpływające na wielkość przesunięcia ku czerwieni; prędkość zegara u obserwatora - szybszy zegar względem źródła oznacza przesunięcie niebieskiego i odwrotnie oraz grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni. Z powodu stromości studni grawitacyjnej rosnącej gwałtownie, podejrzewałem, że zobaczymy jeszcze większe przesunięcie niż to, co wynika z samej dylatacji czasu grawitacyjnego?
frodeborli
Szybszy zegar (z powodu wyższego potencjału) obserwatora względem źródła oznacza przesunięcie ku czerwieni. Wielkość przesunięcia zależy od różnicy potencjału grawitacyjnego. Ponieważ różnica ta jest większa, gdy obiekty znajdujące się w stałej odległości są bliższe osobliwości, przesunięcie rośnie podczas opadania.
Gerald
Dziękuję Gerald. A gdyby zarówno latarka, jak i obserwator biegały przy tym samym zegarze, a jednocześnie znajdowały się w różnych odległościach od czarnej dziury, nie byłoby zmiany koloru? (Na przykład, jeśli sama latarka była bardzo ciężka)
frodeborli
Jeśli latarka jest tak ciężka, że ​​wytwarza ten sam potencjał grawitacyjny, co w miejscu obserwatora, przesunięcie siatki nie byłoby możliwe, a zegary działałyby synchronicznie.
Gerald
Ale samo światło ma również wpływ na tę częstotliwość zegara? Czy więc przebywanie w pobliżu supermasywnej czarnej dziury, takiej jak ta w centrum naszej galaktyki, sprawiłoby, że całe światło z odległych źródeł wyglądałoby na przesunięte na czerwono? Czy „Wielki Atraktor” jest prawdopodobnie takim źródłem?
frodeborli