Verlangsamt sich die Schwerkraft oder leuchtet die Geschwindigkeit auf?

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist vermutlich die schnellstmögliche Geschwindigkeit.

Wenn die Schwerkraft den Lichtverlauf biegt, bedeutet dies, dass die Schwerkraft das Licht verzögert, sodass es sich langsamer bewegt? Wenn es seinen Kurs beeinflusst, warum kann die Schwerkraft seine Geschwindigkeit nicht beeinflussen - oder doch?

Und wenn die Schwerkraft die Lichtgeschwindigkeit beeinflusst, was sagt das über unsere Messungen der Entfernung zum am weitesten beobachtbaren Objekt aus? Können wir davon ausgehen, dass sich alle Gravitationseffekte über 15 Milliarden Lichtjahre hinweg ausgleichen? Oder unterliegt die tatsächliche Entfernung über das beobachtbare Universum aufgrund von Schwerkrafteffekten unerkennbaren Schwankungen?

Wie Walter sagt, verbiegt die Schwerkraft das Licht nicht. Licht bewegt sich entlang der Null-Geodäten, einer bestimmten Art von geraden Pfaden. Da (affine) Geodäten per Definition die Richtung nicht ändern, sind geometrisch leichte Trajektorien gerade. Darüber hinaus beträgt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum in jedem Trägheitsrahmen , unabhängig davon, ob die Raumzeit gekrümmt ist oder nicht, obwohl ein gekrümmter Raumzeit-Trägheitsrahmen immer nur lokal sein kann.$c$

Was sich jedoch ändern kann, ist die Koordinatengeschwindigkeit des Lichts. Da Koordinaten nur Bezeichnungen für Raumzeitereignisse sind, gilt dies auch für eine vollständig flache Raumzeit. Beispielsweise hat im Rindler-Koordinatendiagramm die Minkowski-Metrik der flachen Raumzeit die Form wobei Beschleunigungseinheiten hat. Da sich Licht entlang null ( ) Wortlinien bewegt, ist die Koordinatengeschwindigkeit des Lichts das positionsabhängig ist und sogarg d s 2 = 0 d

$$\mathrm{d}s^2 = -\frac{g^2x^2}{c^2}\,\mathrm{d}t^2 + \underbrace{\mathrm{d}x^2 + \mathrm{d}y^2 + \mathrm{d}z^2}_{\mathrm{d}S^2_\text{Euclid}}\text{,}$$ $g$$\mathrm{d}s^2 = 0$0 $$\frac{\mathrm{d}S}{\mathrm{d}t} = \frac{|gx|}{c}\text{,}$$ $0$, da es einen offensichtlichen Ereignishorizont gibt. Ein Beobachter, der in Rindler-Koordinaten stationär ist, hat tatsächlich die richtige Beschleunigung , so dass das Rindler-Diagramm der flachen Raumzeit ein natürliches Analogon eines "gleichmäßigen Gravitationsfeldes" ist.$g$

Wenn die Schwerkraft den Lichtverlauf biegt, bedeutet dies, dass die Schwerkraft das Licht verzögert, sodass es sich langsamer bewegt?

Nein, aber was wir sagen können, ist dies. Für schwache, sich langsam ändernde Gravitationsfelder ist die folgende Metrik geeignet, um die Raumzeit in Bezug auf das Newtonsche Gravitationspotential : da wir die Koordinatengeschwindigkeit des Lichts leicht berechnen können (wieder ): Wenn wir also den Kehrwert in einer Taylor-MacLaurin-Reihe erweitern, finden wir dieses Licht Reisen " als ob " wir hatten einen Brechungsindexd s 2 = - ( 1 + 2 $\Phi$

$$\mathrm{d}s^2 = -\left(1+2\frac{\Phi}{c^2}\right)c^2\,\mathrm{d}t^2 + \left(1-2\frac{\Phi}{c^2}\right)\,\mathrm{d}S^2\text{,}$$ $\mathrm{d}s^2 = 0$ $$\frac{\mathrm{d}S}{\mathrm{d}t} = c\sqrt{\frac{1+2\Phi/c^2}{1-2\Phi/c^2}}\text{,}$$ $$n = c \frac{\mathrm{d}t}{\mathrm{d}S} \approx 1 - 2\frac{\Phi}{c^2} + \mathcal{O}\left(\frac{\Phi^2}{c^4}\right)\text{.}$$

Wenn wir bedenken, dass es sich nur um die Koordinatengeschwindigkeit des Lichts handelt, dann können wir sagen, dass die Schwerkraft (eher das Gravitationspotential) das Licht verzögert. Eine andere Art, dies zu denken, ist wie folgt: Wenn wir so tun, als hätten wir es mit gewöhnlicher flacher Minwkoski-Raumzeit in den üblichen Trägheitskoordinaten zu tun, dann brauchen wir ein Medium mit dem obigen Brechungsindex, um die Lichtbahnen zu reproduzieren. Aber dies wörtlich zu nehmen ist natürlich nicht legitim, da (1) die Metrik mehr als die Ausbreitung von Licht beeinflusst und (2) eine solche Interpretation die Gravitationsrotverschiebung nicht erklären würde.

Der letztere Ansatz ähnelt moralisch dem, was in Walters Antwort beschrieben wird, da er von einem hypothetischen Vergleich mit der flachen Raumzeit abhängt. Der Unterschied besteht darin, dass Walter, indem er sich darauf beschränkt, darüber zu sprechen, was weit entfernt von den Gravitationskörpern geschieht, das Problem der Rotverschiebung der Gravitation umgehen kann, aber dann keinen lokalen Brechungsindex zuschreiben kann (auf der positiven Seite ist sein Ansatz nicht auf schwach, langsam beschränkt). wechselnde Schwerkraft).

Und wenn die Schwerkraft die Lichtgeschwindigkeit beeinflusst, was sagt das über unsere Messungen der Entfernung zum am weitesten beobachtbaren Objekt aus? Können wir davon ausgehen, dass sich alle Gravitationseffekte über 15 Milliarden Lichtjahre hinweg ausgleichen?

Unsere kosmologischen Modelle gehen davon aus, dass das Universum im großen Maßstab homogen und isotrop ist, eine Annahme, die durch Beobachtungen der Teile davon gestützt wird, die wir sehen können. In einem homogenen und isotropen Universum ist es ziemlich einfach zu erklären, wie sich Licht beim Durchqueren verhält. Nein, wir müssen nicht davon ausgehen, dass sich die Auswirkungen der Schwerkraft selbst ausgleichen. Im Gegenteil, wir verwenden solche Gravitationseffekte auf das Licht, um die Parameter unserer Modelle anzupassen.

Die Schwerkraft beeinflusst die Lichtgeschwindigkeit nicht . Es wirkt sich auf die Raum-Zeit - Geometrie und damit die Wege des Lichts. Dies kann jedoch einen ähnlichen Effekt haben.

M O M M O S S M $S$$M$$O$$M$$M$$O$$S$$S$$M$$O$$M$$O$

Natürlich wird Licht niemals gebogen, sondern folgt immer einem geraden Weg. Was gebogen ist, ist die Raumzeit im Vergleich zur euklidischen Raumzeit ohne verzerrende Massen (siehe: geodätisch ). Diese Verzerrung im Gewebe der Raumzeit wird als Gravitationslinse bezeichnet .

Dies ist eine schwierige Frage, zumal ich es nicht gewohnt bin, nichttechnische Erklärungen abzugeben.

Oben beginnen:

Bedingt ja. Im leersten Raum, der möglich ist - nicht zwischen Sternen, nicht zwischen Galaxien, nicht zwischen Galaxienfamilien und so weiter ... im leerstehenden Raum zwischen den Superhaufen von Galaxien ist es dort am schnellsten Die Schwerkraft ist am schwächsten.

Wenn Sie die Zeit dazu hätten und ein schönes klares Ziel-Schwarzes Loch und einen blauen Laser direkt am Ereignishorizont auf einer Seite abschießen (sagen wir, es überträgt alle Werke von Shakespeare, gefolgt vom Rest des Projekts Gutenberg) - in so, dass es den ganzen Weg überflog und dann in Ihre Richtung zurückkehrte, wie eine Schleuder des Mondes, die die erste Umlaufbahn des Mondes tat, was würde passieren? Würde sich die helle Farbe ändern?

Je näher der Strahl dem Ereignishorizont kam, desto ausgedehnter ist der Raum - denken Sie so, dann muss sich das Licht weiter bewegen und das ganze um das Schwarze Loch herum - je näher am Ereignishorizont, desto tiefer der Brunnen Je mehr der Raum gedehnt ist und je länger das Licht braucht, um sich fortzubewegen. Aus Ihrer Sicht ist das Schwarze Loch X-fach entfernt, der Weg, den das Licht genommen hat, ist Y in scheinbarer Länge. Mit Ihrem handlichen Rechenschieber berechnen Sie, dass die Zähmung der Spitzmaus zum Zeitpunkt Z eintreffen sollte.

Es kommt nicht pünktlich. Warum? Denken Sie daran, dass das Licht aufgrund der Schwerefelddichte, die die Reise verlängert, einen sehr langen Weg zurücklegen musste. Wenn es endlich auftaucht Welche Farbe hat es? Immer noch blau - dies hängt nicht davon ab, ob sich das Schwarze Loch weg oder näher bewegt - es gibt keine Rot- oder Blauverschiebung. (Ich bin hier etwas unaufrichtig, da sich die Wellenlänge um eine Minute nach Rot verschoben hätte - dies geschieht auf ihrer Reise, je weiter sie sich verschiebt, desto mehr verschiebt sie sich, teilweise aufgrund von Kollisionen mit frei schwebenden Atomen, die absorbieren und dann bei a wieder emittieren niedrigere Frequenz, z. B. der Urknall (sehr heiß) - das Licht von diesem ist zwar sehr langwellig (Rot bis zum Äußersten verschoben), aber der Raum erweitert sich. Denken Sie daran. Um es auf den Punkt zu bringen: Die Entropie kann nicht umgekehrt werden.

Das Seltsame ist die Entfernung, die das Licht aus der Sicht des Beobachters zurücklegt, der den Laser abgeschossen hat. Er würde extrapolieren, dass die Lichtwellen, die The Shrew enthalten, da sie so spät ankamen, nicht nur langsamer geworden sind, sondern näher zusammengerückt sein müssen (blau verschoben) - aber wenn es um den Betrachter geht, ist es genau die gleiche Farbe wie zuvor. (Der Raum wurde anscheinend länger, das würde das erklären, nicht wahr?)

Zu sagen, dass die Schwerkraft das Licht verlangsamt, ist dasselbe wie zu sagen, dass ein beobachteter Kessel niemals kocht, er hat eine Art Wahrheit aus einem bestimmten Blickwinkel - einem Wahrnehmungsgesichtspunkt.

Wenn man das gesamte Universum betrachtet, gibt es sichtbare heiße und kalte Stellen, Orte mit mehr und weniger Materie - dies kann beobachtet werden. Das Problem, das wir im Moment haben, ist mit dunkler Materie und dunkler Energie.

Wir begannen mit Beobachtungen in unserem eigenen Sonnensystem. Entfernte Objekte werden alle relativ zueinander gemessen. Eine große Anzahl von Beobachtungen wird von vielen Objekten gemacht, ihrer Leuchtkraft, ihrer aggregierten Leuchtkraft, ihrer Rot- oder Blauverschiebung - und interessanterweise ihrer Änderung der Doppler-Verschiebung. Verschiedene Arten von Sternen, pulsierende Sterne, Sterne, die harte Strahlung emittieren, umlaufende Sterne aller Art, die Akkretionsscheiben im Zentrum von Galaxien und ihre Temperaturen. Diese Ansammlung von Daten seit Copernicus oder zumindest seit der Renaissance hat alles wurden zusammengestellt, um sich auf dem Weg anzupassen und dabei weltverändernde Paradigmenwechsel wie Relativitätstheorie und enorme Fortschritte bei der Auflösung unserer Beobachtungen des Universums von land- und weltraumbasierten Plattformen aus zu berücksichtigen (wir denken!