Гравитационното червено отместване 1

Във физиката. гравитационното червено отместване е проява на ефекта на някои промени в честотата на излъчваната светлина източник (по принцип, всякакви електромагнитни вълни) като разстоянието от масивни обекти като звезди и черни дупки; се наблюдава изместване на спектралните линии в източниците на емисии в близост до масивните органи в червената област на спектъра. Светлината, идваща от райони с по-слаба гравитационно поле, гравитационната синьо смяна.

пристрастие ефекти не се ограничават единствено до електромагнитно излъчване, и се проявяват във всички процеси на партиди - от масивен обект де Broglie честотни елементарни частици (фотони, електрони, протони), отколкото на повърхността си, и всички процеси протичат при по-висока скорост. Този ефект е един от конкретните прояви на гравитационната време дилатация.

Гравитационно червено отместване обикновено е означен със символа Z G>:

Гравитационното червено отместване е предсказано от Алберт Айнщайн (1911) Развитието на относителността (ОТО) и слаби гравитационни полета е приблизително равна на

Z G> - относително преместване на спектралните линии под влияние на гравитацията, φ = - G M R >> и φ 0 = - G M R = - >> - гравитационни потенциални стойности на точките за наблюдение и емисията, съответно, G - гравитационна константа Нютон; М - маса на гравитиращи тяло, с - скоростта на светлината. R - радиално разстояние от центъра на масата на тялото на точката на излъчване, R - радиалното разстояние от центъра на масата на тялото до точката на наблюдение.

За излъчваната светлина на разстояние г от центъра на маса и маса тялото получено в безкрайност (R = ∞), гравитационното червено отместване е приблизително равна на:

Тъй като скоростта на изтичане на разстояние г от телесната маса на М е равна на

Универсална формула за промяна на честотата на показателя е приложим за всяка теория на гравитацията от гледна точка на приложимост на геометричната оптика (eikonal):

ν R> и ν д> - честота на получения (получил) и излъчена (излъчваната) сигнал, съответно, SR> и себе> - подходящи времена на трептения, Ур> и UE> - приемник 4-скорост и сила, и KR> и KE > представляват допирателна светлина като вектор (вълнова вектор сигнал 4) се премества по паралелен път за разпространение на сигнала [2].

Отслабването на светлинната енергия, излъчвана от звездите със силно гравитационно беше предсказано от Джон Мичъл през 1783. въз основа на еритроцитите теория на светлината, която се придържа към Isaak Nyuton. Въздействието на гравитацията върху светлината се разследват в момента, Пиер-Симон Лаплас и Йохан фон Soldner (1801), много преди Алберт Айнщайн в статия през 1911 г. за леки и гравитацията допринесъл със своята версия на формулата за този ефект.

• С цел да се наблюдава гравитационното червено отместване приемника трябва да е на място с по-висока гравитационен потенциал. Кой е източникът (от потенциала - отрицателна стойност).

• Съществуването на гравитационното червено отместване е подкрепена от многобройни експерименти, които се провеждат всяка година в различни университети и лаборатории по целия свят.

• Гравитационното червено отместване прогнозира не само в областта на теорията на относителността. Други теория на тежестта също прогнозира гравитационно червено отместване, въпреки обяснението може да се различава.

• Гравитационно червено изместване е показано, но не ограничени Шварцшилд разтвор от уравнения с обща теория относителността - в този случай масата М. каза по-рано, може да се изисква или въртяща се маса тяло.

Лира и Ребка експеримент през 1960 демонстрира наличието на гравитационно червено изместване на спектрални линии. Експериментът се провежда в една кула Лиман лаборатория по физика в Харвардския университет, използвайки Мьосбауеровата ефект; източник и гама-лъчи абсорбер (57 желязна сърцевина) са един от друг на разстояние от 22,5 m вертикално в гравитационното поле на земята. Относителна честота компенсира при тези условия е 2.57 × 10 -15.

Гравитационното червено отместване се използва активно в астрофизиката. Релативистични корекция на гравитационното червено отместване се въвежда в сателитна часовник системи за глобално позициониране GPS на борда и GLONASS.

Поради забавяне на времето

Гравитационното забавянето на времето - природен феномен, който се състои в промяна на темпото на време (и съответно часа) в гравитационния потенциал. Основната трудност при възприемането на този факт е, че теориите на време гравитацията координират обикновено не съвпада с физическото време, измерена чрез стандартно атомен часовник.

При използване на общата теория на относителността формули за изчисляване на енергийните и променя честотата на сигнала (ако приемем, че пренебрегнем ефектите в зависимост от пътя, причинени от, например, страст пространство около въртящ се черна дупка) гравитационното червено стойност смяна е точно обратно синьо смяна. По този начин, се наблюдава промяна на честотата часовник съответства на относителната разлика скорост инсулт при точките на предаване и приемане.

Докато гравитационното червено отместване измерва наблюдавания ефект, гравитационното забавянето на времето, казва, че е възможно да се заключи, въз основа на резултатите от мониторинга. Това е, с други думи: оценка на един червен / син на смени за всеки метод за изпращане на сигнали "навън" - "тук", ние заключаваме, че същото с нашите часовници има "по някакъв начин не е" по-бързо или по-бавно.

За статичен гравитационно поле, гравитационното червено отместване може напълно да обясни разликата в ход на времето в точките с различен гравитационен потенциал. По думите на Волфганг Паули: "В случай на статичен гравитационно поле, винаги е възможно да се избере времето координират, за количества ГИК от него са били независими. След това броят на вълни на светлинния лъч между Р1 две точки и Р2 ще бъдат независими от време и поради това честотата на светлина в светлина, измерена в предварително определена времева скала, ще бъде идентична на Р1 и Р2, и следователно не зависи от точката на наблюдение ".

Въпреки това, според съвременната време метрологията се определя локално за всички наблюдатели глобални линии (по-специално - за една и съща точка в пространството с течение на времето). (Виж определението на секунда) чрез идентични атомните часовници. С това определение, скоростта на времето на часовника строго определен и ще варират от ред по ред (точка до точка), което води до наличната честотна разлика, например, в паунд на експеримента - Ребка или червено отместване на спектралните линии, излъчвана от повърхността или неутронна на слънцето звезди, намира своето обяснение в разликата между темповете на физическо време (измерена чрез стандартно атомен часовник) между точките на емисиите и приемане. В действителност, тъй като скоростта на светлината се счита за константа, дължината на вълната е неподвижно свързан с честота λ = с Т = с / ν. така че промяната в дължината на вълната е еквивалентно на промяна на честотата и обратно.

Ако в някакъв момент се излъчват, например, сферична флаш светлина, навсякъде в гравитационното поле координира "време" интервал между изблици може да бъде същата - чрез подходящ избор на времето координира. Реалната промяна на измерваната интервал от време, определен от разликата в темпото на идентичен стандартен часовник между радиация в света линии и рецепция. При статичния случай, абсолютно без значение какво точно се провежда сигнализация: мига, гърбици електромагнитни вълни, звукови сигнали, куршуми или от парцели поща - всички методи за пренос ще изпитат абсолютно същия "червено / синьо отместване" [4].

В нестационарни случай обикновено точна и инвариантен начин за разделяне на "гравитационно" преминаването от "Доплер" е невъзможно, като в случай на разширяване на Вселената. Тези ефекти - от същото естество и са описани с обща теория на относителността в единна начин. Някои усложнение на феномена на червено изместване на електромагнитно излъчване се случва, когато Регистрирани nontrivial лъчение в гравитационното поле (въздействието на динамичните промени в отклоненията на геометрия от геометрични оптика. Наличие гравитационната леща. Gravitomagnetism. Увличането пространство и така нататък, които правят стойността на отклонението зависи от пътя на разпространение на светлината) но тези данни не трябва да закриват първоначалното просто идея: скоростта на часовника зависи от тяхната позиция в пространството, състояща положителни и време.

В Нютоновата механика, обяснение на гравитационното червено отместване е фундаментално възможно - отново чрез въвеждането на влиянието на гравитационния потенциал на часовника, но това е много сложно и не прозрачен от концептуална гледна точка. Един общ метод за отстраняване на червеното отместване като преобразуване на кинетичната енергия на светлина Е = ℏ ω в потенциала в основата на призив към теорията на относителността, и не може да се счита за валидно. [5] На теория за гравитацията на Айнщайн червено отместване се обяснява с гравитационния потенциал: това е нищо друго, освен проява на пространство-времето геометрия, поради относителната степен на напредък по физическо време.

Евристични изход гравитационното червено отместване на метричните свойства на пространство-времето

Ускорен Laboratory, състояща се от източник и приемник куршуми

Гравитационно червено изместване може да се получи с помощта на закона на скорост [6].

Разглеждане на единица, състояща се от източник на сигнал (например, куршум) и приемника. Разстоянието между тях, измерена в стационарната опорния кадър, означен л. Когато тази настройка се движи във вакуум с постоянно ускорение на →> спрямо фиксираната референтна рамка, че съгласно принципа на еквивалентност. еквивалентно на настройката за стая по еднакъв гравитационно поле.

На следващо място, поставени в приемника и източника на τ о ф т = τ и п = \ тау _> същия часовник. и попитайте за наблюдател, който е на мястото на "приемник", за да сравните техния напредък. Неговата собствена време τ а н> той се измерва директно, а за измерване на изминалото време в "източник", тя ще се измерва честотата на приемания сигнал. Муцуна скорост по отношение на "източник" се означава с w от скоростта на източника към момента на изпращане на сигнал ст. След това, с помощта на закона за допълнение скорост, получаваме скоростта куршум ф в стационарната система:

За да се преодолее разстоянието сигнал време л разходи тон. и приемника за смяна на времето от о т + един тон 2/2/2> От това получаваме уравнението .:

реши кои относителна т. получаваме:

Така стигаме до две решения:

Очевидно е, че първото решение в този случай - излишни.

Ние заменен ф във формулата (1) във формула за тон, и по този начин да ограничи себе си тегло и обем толкова малка, че можем да изхвърли малките условията за w 2> и 2. о:>

Настройката на скоростта за т време. отделяне на изпращането на две последователни сигнали [8]. се увеличи с една τ и става равен на V + на τ. Следователно, разликата във времето на две последователни предаване на сигнали ще бъде:

Промени л и τ (функция на скоростта) ние пренебрегвани като стойности, съответстващи ред. "... Така че, часовниците се движат по-бавно, ако са инсталирани в близост до тежка маса. От това следва, че спектралните линии на светлината до нас достигат от повърхността на големите звезди са се преориентирали към червения край на спектъра ", пише Айнщайн. [9]

За да се получи честота:

Обозначаващ гравитационното потенциална разлика върху повърхността на звезди и повърхността на Земята, тъй като Δ Ф = - на л. получаваме:

Тези изрази са получени от Einstein през 1907 г. в случай на Δ Φ / в 2 "1 \ П 1> [10].