Как гравитация влияет на длину волны света?

10

Если, гипотетически, я и мой ракетный фонарик падали прямо к центру черной дыры. Фонарик в нескольких километрах позади меня в наших путешествиях к центру черной дыры, но, поскольку он питается от ракеты, ему удается некоторое время поддерживать точное расстояние до меня.

Дело в том; Расстояние между мной и моим фонариком постоянно, пока я его наблюдаю.

Фотоны, исходящие от фонарика, очевидно, не будут работать на ракете, и на них будет влиять гравитация черных дыр.

Будет ли свет, который я вижу от фонарика, смещаться в сторону красного или синего, даже если расстояние между мной и моим дорогим фонарем сохраняется?

Если так; изменив положение меня и фонарика, изменится ли цвет, который я наблюдаю?

Если мы выключим ракету на фонаре, я предполагаю, что это будет красное смещение независимо от того, какие из них ближе к сингулярности, а величина красного смещения будет ускоряться?

gravity redshift frodeborli
источник

Ответы:

3

Частичный ответ: чем ниже гравитационный потенциал, тем медленнее часы, см. Гравитационное замедление времени . Это означает, что пока ваш фонарь находится позади вас на постоянном расстоянии, он кажется вам смещенным в синий цвет. При обмене ролями (свет под вами на постоянном расстоянии) он выглядит красным. Из-за неоднородности гравитационного поля сдвиг растет со временем, при этом падая на постоянное расстояние.

Это называется сдвигом Эйнштейна, который не совпадает с эффектом Доплера. Эффект Доплера обусловлен скоростью объекта относительно наблюдателя.

Джеральд
источник
Чтобы уточнить мое понимание вашего ответа. Есть два фактора, влияющих на величину красного смещения; тактовая частота у наблюдателя - более быстрые часы относительно источника означают синее смещение и наоборот, а также гравитационное красное смещение. Из-за крутизны гравитационного колодца, растущего экспоненциально, я подозревал, что мы увидим еще больший сдвиг, чем то, что объясняется только гравитационным замедлением времени?
frodeborli
Более быстрые часы (из-за более высокого потенциала) наблюдателя относительно источника означают красное смещение. Величина сдвига зависит от разности гравитационного потенциала. Поскольку эта разница выше, когда ближе к сингулярности для объектов с фиксированным расстоянием, сдвиг увеличивается при падении.
Джеральд
Спасибо, Джеральд. И если бы и фонарик, и наблюдатель работали в одно и то же время, находясь на разных расстояниях от черной дыры, не было бы никакого изменения цвета? (Например, если сам фонарик был очень тяжелым)
frodeborli
Если фонарь будет настолько тяжелым, чтобы производить тот же гравитационный потенциал, что и в месте нахождения наблюдателя, чистого смещения не будет, и часы будут работать синхронно.
Джеральд
Но сам свет также зависит от этой тактовой частоты? Таким образом, находясь рядом со сверхмассивной черной дырой, такой как та, что находится в центре нашей галактики, заставил бы весь свет от источников дальше выглядеть красным смещенным? Является ли "Великий Аттрактор", возможно, таким источником?
frodeborli