ความสว่างไม่ได้เร่งในสนามความโน้มถ่วงซึ่งสิ่งที่มีมวลจะทำเพราะแสงมีความเร็วคงที่ในระดับสากล เหตุใดจึงเป็นข้อยกเว้น
ความสว่างไม่ได้เร่งในสนามความโน้มถ่วงซึ่งสิ่งที่มีมวลจะทำเพราะแสงมีความเร็วคงที่ในระดับสากล เหตุใดจึงเป็นข้อยกเว้น
คำตอบ:
อีกวิธีหนึ่งในการตอบคำถามนี้คือการใช้หลักการเทียบเท่าซึ่งไอน์สไตน์เรียกว่า "ความคิดที่มีความสุขที่สุด" ของเขา (เพื่อให้คุณรู้ว่ามันต้องดี) หลักการความเท่าเทียมบอกว่าถ้าคุณอยู่ในกล่องล้อมรอบในสิ่งที่นิวตันจะเรียกว่าสนามแรงโน้มถ่วงทุกอย่างที่เกิดขึ้นในกล่องนั้นจะต้องเหมือนกับถ้ากล่องไม่ได้อยู่ในสนามโน้มถ่วง แต่เร่งขึ้นไปแทน . ดังนั้นเมื่อคุณปล่อยลูกบอลคุณสามารถจินตนาการได้ว่าลูกบอลถูกเร่งด้วยแรงโน้มถ่วงหรือคุณสามารถจินตนาการได้ทุกอย่าง แต่ลูกบอลจะถูกเร่งขึ้นและลูกบอลก็ถูกทิ้งไว้ข้างหลัง ตรวจจับวัตถุทุกชิ้นรอบตัวคุณที่ไม่ได้อยู่บนลูกบอลได้อย่างง่ายดายรวมถึงความรู้สึกที่คุณได้รับจากด้านล่างของคุณทันที)
ตามกฎนั้นมันเป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าแสงจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงอย่างไร - เพียงแค่จินตนาการว่าส่องแสงเลเซอร์ในแนวนอน ในกรอบอ้างอิง "ทิ้งไว้ข้างหลัง" เราจะเห็นว่าจะเกิดอะไรขึ้น - ลำแสงจะเริ่มจากจุดที่สูงขึ้นและสูงขึ้นตามลำดับและการเพิ่มเอฟเฟกต์กำลังเร่ง เมื่อได้รับความเร็ว จำกัด ของแสงรูปร่างของลำแสงจะโค้งลงและลำแสงจะไม่ชนกับจุดบนผนังของกล่องตรงข้ามกับเลเซอร์ ดังนั้นสิ่งนี้จะต้องเป็นสิ่งที่รับรู้ได้จากภายในกล่อง - ลำแสงจะไม่ชนกับจุดตรงข้ามกับเลเซอร์ (เมื่อจุดนั้นกำลังสูงขึ้นจากนั้นจุดที่ผ่านจากจุดที่แสงถูกปล่อยออกมา) และเส้นทางของมัน ดูเหมือนจะโค้งลง เออร์โกแสง "ตก"
อันที่จริงนี่คือการทำให้เข้าใจง่ายของหลักการความเท่าเทียมกัน - คุณไม่จำเป็นต้องรู้ว่าสารคืออะไรสารทั้งหมด "ตกหล่น" เพราะมันไม่มีอะไรเกิดขึ้นกับสารเคมีมันเป็นเพียงผลของการถูก "ทิ้ง" อะไรก็ตามที่มีพลังและเร่งความเร็ว
อนึ่งมันเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะทราบว่าแม้ในวัตถุแรงโน้มถ่วงของนิวตันวัตถุที่มีมวลมากก็จะ "ตกลงเหมือนกัน" กับวัตถุที่มีมวล แต่จะเห็นว่ามันต้องมีการ จำกัด เพียงแค่วางลูกบอลในสุญญากาศจากนั้นเป็นลูกบอลมวลที่ต่ำกว่าแล้วยังคงมวลที่ต่ำกว่า วัตถุทั้งหมดตกอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของนิวตัน ดังนั้นเพียงไปที่ขีด จำกัด ของมวลศูนย์คุณจะไม่เห็นความแตกต่างตามเส้นทางของขีด จำกัด นั้น อย่างไรก็ตามแรงโน้มถ่วงของนิวตันไม่ได้คำตอบที่ถูกต้องนักสำหรับวิถีของแสงที่มีแรงโน้มถ่วงเพราะฟิสิกส์ของนิวตันไม่สามารถรักษาความเร็วของแสงได้อย่างถูกต้อง
มีสองวิธีที่เราจะสามารถตอบคำถามของคุณได้:
หลุมดำเป็นพื้นที่ของพื้นที่ที่มีรูปร่างผิดปกติจากมวลที่มีความเข้มข้นเพียงพอ คลื่นแสง / อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ ( ) เสมอ แม้ว่าโฟตอนที่เข้าใกล้หลุมดำจะยังคงเดินทางเป็นเส้นตรงผ่านอวกาศ แต่อวกาศเองก็โค้งดังนั้นเส้นทางของโฟตอนจะโค้ง
ในขณะที่โฟตอนไม่ได้เร่งความเร็วต่อหน้าแรงโน้มถ่วงที่ดีพวกเขาจะได้รับผลกระทบจากวิธีอื่น โดยเฉพาะโฟตอนที่เข้าสู่จุดศูนย์ถ่วงจะถูกเลื่อนเป็นสีน้ำเงินในขณะที่โฟตอนที่ปล่อยออกมานั้นจะถูกเลื่อนเป็นสีแดง การขยับสีแดง / น้ำเงินนี้เกิดขึ้นเพราะเวลาผ่านไปช้ากว่าภายในแรงโน้มถ่วงมากกว่าที่ไม่มี ในทุกกรอบของการอ้างอิงถึงแม้ว่าความเร็วของแสงจะคงที่ มีข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในวิกิพีเดีย
หมายเหตุ: คำถามที่ถูกอ้างถึงเป็นพิเศษในหลุมดำ การถือครองด้านบนสำหรับความเข้มข้นของสสารใด ๆ (ซึ่งเป็นหลุมดำเป็นตัวอย่างที่รุนแรง)
TL; DR Light ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงเนื่องจากมันเคลื่อนที่ตามตารางเวลาอวกาศและความโค้งของมันซึ่งเป็นแรงโน้มถ่วง สิ่งนี้มองเห็นได้ชัดเจนในหลุมดำalso: Einstein > Newton
หลุมดำเป็นสีดำเพราะไม่มีแสงที่ข้าม "Event Horizon" สามารถหลบหนีได้อีกครั้ง มวลก้ม "กริด" ของกาลอวกาศ แสง - การพูด 2 มิติ - เดินทางไปตามพื้นของตารางเวลาอวกาศและตามความโค้งของมันนั่นคือมันจะลงกรวยที่สร้างขึ้นโดยการปรากฏตัวของมวลและเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่สั้นที่สุดอีกครั้ง ทำให้การเดินทางของแสงใช้เวลานานขึ้น ตอนนี้สำหรับสิ่งที่หลุมดำนั้นสุดขั้ว: หลุมดำก่อตัวขึ้นเมื่อสสารจำนวนมากถูกยัดเข้าไปในพื้นที่ที่มีขนาดเล็กกว่า Schwarzschild Radius Schwarzschild Radiusของวัตถุที่เป็นตัวเอกถูกกำหนดโดยมวลของมันเท่านั้น มวลใดก็ตามที่มีค่าเดนิสสูงพอจะกลายเป็นหลุมดำ:
R s = 2 * G / 2 ค
ว๊ารัศมี2* the gravitational constant / 2 * the speed of light
=
คูณกับM
มวลของวัตถุในกก. และคุณมีR sสำหรับมวลว่าเพื่อที่จะเข้าใจว่าหลุมดำนั้นโค้งงอพื้นที่มากจนไม่ยอมหนีแสงไปได้อย่างไรเราต้องดูเพียงส่วนเล็ก ๆ ของสมการชวาร์สชิลด์
ในการวาดภาพเพื่อทำความเข้าใจกับหลุมดำเราต้องการเพียงแค่ส่วนตรงกลางนี้:
1) 2) 3) 4) เราได้กำหนดr sให้เป็น Schwarzschild Radius ของวัตถุใดวัตถุหนึ่งrคือรัศมีของวัตถุที่เป็นตัวเอก เมื่ออาร์กลายเป็นขนาดเล็กเป็นR sคุณจะได้รับเอกพจน์1และแปลกสิ่งที่เริ่มเกิดขึ้นที่สำคัญที่สุดคือคำถามตรวจการณ์ที่โค้งพื้นที่เวลาที่หลุมดำจะกลายเป็นอนันต์ (!)
ซึ่งหมายความว่าแสงใด ๆ ที่ตัดเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ ณ จุดใดก็ตามจะใช้เวลาไม่ จำกัด ในการเดินทางข้ามช่องทางของหลุมดำ แม้ในมุมญาติแบนมากไปยังขอบฟ้าเหตุการณ์ที่เพียงแค่เคยดังนั้นเล็กน้อย poking มันก็จะหายไปเพราะการตั้งทฤษฎีสอนเรา: ใดส่วนหนึ่งของอินฟินิตี้ยังเป็นอนันต์
นี่คือ visalisiations พิเศษ:
กรวยอวกาศกาลเวลาของโลก:
ช่องทางเวลาแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ:
1) ภาวะเอกฐาน: ภาวะเอกฐานเป็นเงื่อนไขในแคลคูลัส / พีชคณิตเพียงเมื่อคุณหารด้วยศูนย์ (ซึ่งคุณจะไม่ทำ!) ภาวะเอกฐานสองมิติอาจมีลักษณะเช่นนี้: f(x) = 1/x
(เอกพจน์มีตรงกลางที่ x = 0)
ภาวะเอกฐานสามมิติสามารถมีลักษณะเช่นนี้ / \, ภาวะเอกฐานที่ x = 1 (นี่คือฟังก์ชันซีตาของ Riemanns)
การเร่งความเร็วไม่เกี่ยวข้องที่นี่ แรงโน้มถ่วงที่ดีใด ๆ ที่มีความเร็วในการหลบหนีที่แน่นอน อนุภาคเร็วขึ้นแล้วความเร็วจะหนีออกมาได้ดี คำจำกัดความของหลุมดำคือหลุมแรงโน้มถ่วง (หลุม) ซึ่งความเร็วการหลบหนีสูงกว่า 'c' ความเร็วของอนุภาคแสงดังนั้นตามนิยามแล้วแสงไม่สามารถหลบหนีออกจากหลุมทำให้มันเป็น 'ดำ'
หากแสงไม่มีมวลทำไมมันได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง?
เนื่องจากแสงมีลักษณะเป็นคลื่นและสนามแรงโน้มถ่วงเป็นสถานที่ซึ่งความเร็วแสงแตกต่างกันไป ดังนั้นแสงโค้งลง มันค่อนข้างเหมือนคลื่นโซนาร์ที่มีแนวโน้มที่จะโค้งลงในทะเล:
ภาพจาก FAS และกองทัพเรือสหรัฐฯดูหลักสูตร ES310 บทที่ 20
แสงไม่ได้เร่งความเร่งซึ่งสิ่งต่าง ๆ ที่มีมวลจะทำเพราะแสงมีความเร็วคงที่ในระดับสากล เหตุใดจึงเป็นข้อยกเว้น
ไม่ถูกต้องฉันกลัว ดูสิ่งที่ Einstein พูดว่า:
1912 :“ ในอีกมุมหนึ่งฉันเห็นว่าหลักการของความคงตัวของความเร็วของแสงสามารถคงอยู่ได้ตราบเท่าที่หนึ่ง จำกัด ตัวเองไปยังพื้นที่ spatio- ชั่วคราวของศักยภาพแรงโน้มถ่วงคงที่”
1913 :“ ฉันมาถึงผลลัพธ์ที่ความเร็วของแสงไม่ได้รับการพิจารณาว่าเป็นอิสระจากศักยภาพความโน้มถ่วง ดังนั้นหลักการของความคงตัวของความเร็วของแสงจึงไม่สอดคล้องกับสมมติฐานที่เท่าเทียมกัน”
1914 :“ ในกรณีที่เราวางหลักสัมพัทธ์ของความคงตัวของความเร็วของแสงมีอยู่ก่อนแล้วไม่มีระบบพิกัดที่ได้รับการยกเว้น”
1915 :“ ผู้เขียนบรรทัดเหล่านี้มีความเห็นว่าทฤษฏีสัมพัทธภาพยังต้องการความเห็นทั่วไปในแง่ที่ว่าหลักการของความคงตัวของความเร็วของแสงจะถูกยกเลิก”
2459 : "ในสถานที่ที่สองผลของเราแสดงให้เห็นว่าตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกฎของความคงตัวของความเร็วของแสงในแวคูโอะซึ่งประกอบด้วยหนึ่งในสองสมมติฐานพื้นฐานในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและที่ เราได้อ้างถึงบ่อยครั้งไม่สามารถเรียกร้องความถูกต้องไม่ จำกัด "
2463 :“ ประการที่สองสิ่งนี้แสดงให้เห็นว่ากฎแห่งความคงตัวของความเร็วแสงไม่ได้ยึดตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอีกต่อไปในพื้นที่ที่มีสนามโน้มถ่วง จากการพิจารณาทางเรขาคณิตที่เรียบง่ายแสดงให้เห็นว่าความโค้งของรังสีแสงเกิดขึ้นเฉพาะในพื้นที่ซึ่งความเร็วของแสงแปรแปรเชิงปริภูมิ”
ไอน์สไตนอกจากนี้ยังพูดถึง “การหักเหของแสงโดยสนามแรงโน้มถ่วง” นิวตันทำเช่นนั้นดูแบบสอบถามของOpticks 20: “ ไม่ใช่สื่อ aethereal นี้ในการผ่านน้ำ, แก้ว, คริสตัล, และวัตถุที่มีขนาดกะทัดรัดและหนาแน่นอื่น ๆ ในพื้นที่ว่างเปล่า, เพิ่มความหนาแน่นและหนาแน่นโดยองศาและนั่นหมายความว่าหักเหรังสีของ แสงไม่ได้อยู่ในจุด แต่โดยการดัดพวกมันทีละน้อยในเส้นโค้ง?”มันคือการหักเหจริง ๆ และเลนส์ความโน้มถ่วงเป็นวลีที่เหมาะสม ดูหมวด GR ของความเร็วแสงทุกที่เหมือนกันหรือไม่ มันเป็นบทความ PhysicsFAQ โดยบรรณาธิการ Don Koks เขาพูดเกี่ยวกับไอน์สไตน์และการหักเหและกล่าวว่า:"ความเร็วแสงสูงขึ้นเมื่อขึ้นจากพื้นจรดเพดานและช้าลงเมื่อลงมาจากเพดานจรดพื้นมันไม่เหมือนกับลูกบอลที่เคลื่อนที่ช้าลงเมื่อเดินขึ้นและลงเร็วกว่า" ไม่น่าสนใจใช่ไหม
ผู้คนมากมายจะบอกคุณว่าแสงโค้ง"เพราะมันตามหลังความโค้งของกาลอวกาศ"แต่นั่นก็ไม่ถูกต้องเช่นกัน ความโค้งของกาลอวกาศมีความสัมพันธ์กับแรงคลื่นไม่ใช่แรงโน้มถ่วง ดูบทความ "นักสืบฟิสิกส์" ของฉันเกี่ยวกับความเร็วของแสงและแรงโน้มถ่วงทำงานอย่างไรสำหรับรายละเอียดและข้อมูลอ้างอิง