Gravitational redshift - definiția cuvântului

În fizică, deplasarea spre roșu gravitațională este o manifestare a efectului schimbării frecvenței luminii cu distanța de la obiecte masive, cum ar fi stele și găuri negre; nablyudaetsya-l ca o deplasare a liniilor spectrale din regiunea roșie a spectrului.

Lumina vine din regiuni cu un câmp gravitațional mai slab, experiențele trecerea albastru gravitațională.
definiție
Redshift de obicei, notată cu z.

e - foton lungime de undă, măsurată în punctul de emisie. o - lungimea de undă de fotoni, măsurată de către un observator aflat la distanță.

Gravitational redshift, sau roșeață a luminii, în teoria generală a relativității este:

z o p p r o x - deplasarea liniilor spectrale sub influența gravitației, măsurată de un observator aflat la distanță, G - constanta lui Newton gravitațională, M - masa corpului gravitând, c - vitezei luminii, r - distanța radială de centru.
poveste
Slăbirea energia luminii emise de stele, cu gravitate puternica a fost prezis de John Mitchell înapoi în 1783, bazată pe teoria corpusculară a luminii, care este lipit de Isaak Nyuton. Efectele gravitației asupra luminii a fost investigată la momentul respectiv, Laplace și Johann Georg Van Soldner (1801), cu mult înainte ca Albert Einstein a derivat versiunea sa a formula în acest sens la articolul 1911 al luminii și gravitatea.

Lenard acuzat de plagiat Einstein, deoarece el nu a fost citat mai devreme locul de muncă Soldnera - cu toate acestea, luând în considerare, astfel încât acest subiect a fost neglijat și abandonat înainte de Einstein a revenit la viață, practic nici o îndoială că Einstein nu era familiar cu lucrări anterioare. În orice caz, Einstein a mers mult mai departe decât predecesorii săi, și a arătat că o consecință cheie a redshiftul gravitațională este dilatarea temporală gravitațională. A fost o idee foarte originală și revoluționar. Einstein a fost primul care a sugerat ca pierderea de energie fotonica în timpul tranziției la o diferență de potențial gravitațional mai mare poate fi explicată prin cursul de puncte de timp, în semnalul de a primi și transmite. cuantă energiei radiației electromagnetice este proporțională cu frecvența sa, conform formulei bine-cunoscute. în cazul în care - constanta Planck. Astfel, în cazul în care timpul pentru emițător și receptor cu debit diferit, frecvența observată va varia, de asemenea, și cu ea, iar energia cuantele radiații.
puncte importante
• Pentru a observa receptorul trebuie să fie redshift gravitațională într-un loc cu un potențial gravitațional mai mare decât sursa.
• Existența deplasare gravitațională spre roșu este susținută de numeroase experimente care sunt realizate în fiecare an, în diferite Universitatea si laboratoare din intreaga lume.
• redshiftul gravitațională a prezis nu numai în teoria relativității. Alte teorie a gravitației, de asemenea, a prezis deplasarea gravitațională spre roșu, deși explicația poate fi diferită.
• schimbare roșu gravitaționale este prezentat, dar fără a se limita soluția Schwarzschild de ecuații ale teoriei generale a relativității - în care numita masa M. anterior, poate fi încărcat sau rotativ corp de masă.

confirmare experimentală
Pound-Rebka experiment în 1969 a demonstrat existența deplasare gravitațională spre roșu a liniilor spectrale. Experimentul a fost efectuat în Laboratorul Lyman de Fizică de la Universitatea Harvard.
cerere
redshift gravitaționale este activ utilizat în astrofizică.
Din cauza încetinirea timpului
dilatarea timpului gravitaționale - un fenomen natural, care constă în schimbarea ritmului de ore în potențialul gravitațional. Dificultatea principală în percepția acestui fapt este că teoriile timpului gravitatiei de coordonate, de obicei, nu coincide cu timpul fizic, masurata prin standard de ceas atomic.

Când se utilizează formulele efectului Doppler în teoria specială a modificărilor relativității pentru calcularea energiei și frecvența (cu condiția să neglijăm efectele în funcție de calea cauzată, de exemplu, spațiu de pasiune în jurul unei găuri negre rotative), gravitațională valoarea devierii roșie este exact înapoi schimbare de culoare albastră. Astfel, modificarea observată în frecvență corespunde decelerarea relativă a ceasului de la primirea și transmiterea. Cu toate acestea, metoda de calcul deplasarea spre roșu gravitațională, prin dilatarea timpului devine prea greoaie, având în vedere efectele trageți de spațiu, ceea ce face ca valoarea de deplasare depinde de calea de propagare a luminii.

În timp ce redshiftul gravitațională măsoară efectul observat, dilatarea timpului gravitaționale spune că este posibil să se concluzioneze, pe baza rezultatelor monitorizării.
explicație
Pentru un câmp gravitațional static, deplasarea spre roșu gravitațională poate fi explicată prin diferența de cale zaschet ore la puncte cu un potențial diferit gravitațional.

Pentru a cita Wolfgang Pauli: „În cazul unui câmp gravitațional static este întotdeauna posibil de a alege coordona timp, GIK cantitățile din ea au fost independente. Apoi, numărul de valuri ale fasciculului de lumină între două puncte P1 și P2 va fi, de asemenea, independent de timp și, prin urmare, frecvența luminii în fascicul, măsurată într-o scală de timp predeterminată, va fi identic cu P1 și P2, și astfel independent de punctul de observație“.

Pe de altă parte, în funcție de timpul de metrologie moderne determinate la nivel local pentru un punct arbitrar în spațiu de ceas atomic identic (cm. A doua definiție). Cu această definiție a tempo funcționare ceas de timp specificat strict și va varia de la punct la punct, prin care diferența de frecvență disponibile, de exemplu, în experimentul Pound-Rebka sau „schimbare roșu“ a liniilor spectrale emise de suprafață sau de neutroni stele soarelui, își găsește explicarea diferenței în ritmul de timp (mai precis, ceasul atomic standard) între punctele de emisie și recepție (deoarece viteza luminii este considerată a fi constantă).

Dacă la un moment dat sunt emise, de exemplu, flash de lumină sferic, oriunde în intervalele câmpului gravitațional dintre exploziile pot fi aceleași - prin selectarea adecvată a timpului de coordonate. Schimbarea efectivă în timp determinată intervalul de diferența de ritmul de ceas standard, identic între radiația liniile mondiale și recepție. În cazul static, absolut indiferent de ce anume se desfășoară de semnalizare: flash-uri de lumină, denivelări undele electromagnetice, semnale acustice, gloanțe sau colete prin e-mail - toate metodele de transmisie vor experimenta exact același „/ schimbare albastru roșu“ (a se vedea Mariya Antuanetta Tonela .. ".. frecvenţele în teoria generală a relativității definiției teoretice și verificare experimentală" colecție // Einstein 1967 / Ed I. E. Tamm și G. I. Naan -... M. Science, 196 7. - P. 175214.) .

Având în vedere cele de mai sus ar trebui să definească în mod clar sensul folosirii termenului „dilatare temporală gravitațională“ și „redshift gravitațională“: primul este un efect măsurabil fizic, iar al doilea - o explicație a acestui efect. În mecanica newtoniană, explicarea redshiftul gravitațională este fundamental posibil - din nou, prin introducerea influenței potențialului gravitațional pe ceas, dar este foarte dificil și conceptual opac. O metodă obișnuită de îndepărtare a deplasarea spre roșu ca conversia luminii a energiei cinetice în potențială în centrul de apel la teoria relativității, și nu pot fi considerate ca fiind corecte. În teoria lui Einstein a gravitatiei se explică redshift de potențialul gravitațional: acest lucru nu este altceva decât o manifestare a geometriei spațiu-timp, datorită ritmului relativ al ceasului.