Könnte die Schwerkraft Licht beschleunigen? [Duplikat]

Photonen sind blauverschoben, wenn sie von der Schwerkraft angezogen werden (ich meine - sie bewegen sich auf eine Masse zu und bewegen sich nicht im rechten Winkel zum Gravitationsfeld wie in einer Umlaufbahn). Sie können nicht schneller werden, aber ihre Energie steigt.

Sie spüren keine Beschleunigung. Wenn Sie an Bord der ISS sind, beschleunigen Sie aufgrund der Schwerkraft in Richtung Erde (nach unten): Wenn Sie dies nicht tun würden, würden Sie einfach vom Planeten wegfliegen. Da Sie und die ISS genau gleich beschleunigen, spüren Sie nichts. Sie spüren keine Kraft, wenn sie Sie beschleunigt: Sie spüren den Druck, der durch entgegengesetzte Kräfte verursacht wird. Hier auf dem Boden spüre ich, wie der Boden unter meinen Füßen meiner normalen Gravitationsbeschleunigung entgegenwirkt.

Wenn Sie ein Triebwerk auf der ISS betreiben, beginnt die ISS anders zu beschleunigen als Sie, und schließlich wird eine der Wände mit Ihnen kollidieren. Dann werden Sie spüren, wie diese Wand Ihre eigene Gravitationsbeschleunigung stört, und Sie werden so etwas wie Gewicht spüren.

Licht erfährt eine Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft: Schlagen Sie dafür nach „Gravitationslinsen“. Um zu verstehen, wie Licht mit konstanter Geschwindigkeit beschleunigen kann, muss man den Unterschied zwischen Geschwindigkeit und Geschwindigkeit verstehen und was Beschleunigung wirklich bedeutet.

Geschwindigkeit ist ein „Skalar“, nur eine Zahl ohne Richtung. Wenn Sie mit 30 km/h unterwegs sind, ist das Ihre Geschwindigkeit.

Die Geschwindigkeit ist ein „Vektor“, eine Zahl mit einer Richtung. 30 km/h nach Norden zu fahren ist ganz anders als 30 km/h nach Süden zu fahren: Unabhängig von Ihrer Geschwindigkeit landen Sie eindeutig an verschiedenen Orten.

Beschleunigung ist keine Geschwindigkeitsänderung, sondern eine Geschwindigkeitsänderung. Denken Sie an ein Auto. Es gibt normalerweise drei Möglichkeiten, ein Auto zu beschleunigen. Um Ihre Geschwindigkeit zu erhöhen (Skalar), treten Sie auf das Gaspedal, und Sie werden spüren, wie Ihre Sitzlehne stärker in Sie hineindrückt, wenn sie Sie mit dem Auto beschleunigt. Um die Geschwindigkeit (Skalar) zu verringern, treten Sie auf die Bremse und Sie werden spüren, wie Ihre Sicherheitsgurte Sie mit dem Auto beschleunigen.

Aber was passiert, wenn du dich umdrehst? Ihre Geschwindigkeit bleibt ungefähr gleich (genau gleich, wenn Sie geschickt genug sind), aber Sie ändern Ihre Richtung. Ihre 30 km/h Nord werden zu 30 km/h West, und die Richtungsänderung ist eine Beschleunigung. Je nachdem, ob Ihr Auto für Rechts- oder Linksverkehr gebaut ist, neigen Sie dazu, entweder gegen Ihre Tür oder auf den Schoß Ihres Beifahrers zu stoßen. Das ist immer noch Beschleunigung.

Wenn ein Photon an etwas Schwerem vorbeigeht, wird es auf dieses Objekt zu beschleunigt und ändert seinen Kurs, aber nicht seine Geschwindigkeit. Wenn sich ein Photon auf etwas Schweres zu oder von ihm weg bewegt, kann es nicht richtig beschleunigen, indem es die Geschwindigkeit ändert. Ich bin kein Physiker, aber ich glaube, dass es die Energie erhöht oder verringert, indem es seine Frequenz ändert. Mit anderen Worten, Dinge, von denen Sie erwarten würden, dass sie ihre Geschwindigkeit erhöhen, werden stattdessen ihre Frequenz erhöhen („Blauverschiebung“, wenn es sichtbares Licht ist), und was Sie erwarten würden, um ihre Geschwindigkeit zu verringern, wird stattdessen ihre Frequenz verringern („Rotverschiebung“) ' wenn es sichtbares Licht ist).

Von Beschleunigung im Weltraum zu sprechen, ist ohne genaue Definition ein wenig gefährlich. Man muss freien Fall und Beschleunigung von einem Impuls trennen.

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich während einer Bahnkorrektur in der ISS. Den Impuls des Raketentriebwerks konnte man spüren, man bekommt etwas Gewicht, und das ist eine Beschleunigung.

In der übrigen Zeit sind Sie schwerelos und spüren keine Beschleunigung. Aber ohne Zweifel gibt es etwas, was das Raumschiff in seiner Umlaufbahn gehalten hat. Es eine Kraft zu nennen ist nicht korrekt, da man eine Beschleunigung spüren muss (nach Newtons Formel F = ma). Das ist der Grund, warum Einstein nicht mehr von Gravitationskräften spricht, sondern von Raumkrümmung.

Was hat es mit der Krümmung von Raum und Zeit auf sich? Weil irgendein Teilchen oder Körper denselben Weg geht, wenn er von demselben Punkt in dieselbe Richtung startet? Das ist nicht der Fall. Der geradeste erreichbare Weg ist mit Photonen, sie haben die maximal mögliche Geschwindigkeit, werden aber dennoch von der Raumkrümmung beeinflusst. Bei allen anderen Körpern wird die Bahn unter dem Einfluss schwerer Massen stärker gekrümmt.

Es ist möglich, eine Frage zu beantworten, ob sich das Licht mit unterschiedlicher Geschwindigkeit im Raum fortbewegt. 1) Nein, wenn sich die Antwort in einem Rahmen in der Nähe des Partikels befindet. 2) Ja, wenn Sie es von einem Punkt im Weltraum aus beantworten. In der Nähe eines Schwarzen Lochs läuft das Photon aus Sicht eines weit von diesem Loch entfernten Beobachters langsamer.

Laut Einstein und vielen anderen ist die Lichtgeschwindigkeit c ₀ im Vakuum universell und misst etwa 299.792.458 m/s. Es ist also niemals möglich, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu ändern, was die absolute Obergrenze für alles ist.

Die Schwerkraft wirkt sich nicht auf einen Lichtstrahl aus, sondern auf den Raum und die Zeit, durch die sich der Strahl bewegt.

In einem starken Gravitationsfeld vergeht die Zeit laut Beobachtern weit entfernt vom Feld langsamer. Für Beobachter, die vom Feld betroffen sind, ist es jedoch immer noch c ₀ .

Und der Raum in diesem Feld erweitert sich umso stärker, je näher wir der Mitte des Feldes kommen. Wenn wir uns den Raum als 2D-Ebene vorstellen, könnten wir sagen, dass er dort, wo die Masse ist, eine tiefe Delle bekommt. Der Lichtstrahl, der durch diese Delle wandert, bewegt sich in seinem Blickfeld nun vollkommen gerade, aber Beobachter aus der Ferne sehen einen gekrümmten Weg, weil der Raum gekrümmt ist.

Die für externe Beobachter wahrnehmbare „gravitative Rotverschiebung“ (wenn Licht von einem Beobachter in ein Gravitationsfeld gelangt) oder „Blauverschiebung“ (wenn Licht aus einem Gravitationsfeld zu einem Beobachter gelangt) hat ihre Ursache darin, dass das Photon beim Eintritt in die Gravitation Energie sammelt Nun, während es Energie verliert, wenn es es verlässt. Dies ist potentielle Energie, abhängig vom Gravitationspotential, auf dem sich das Photon befindet. Da Massen Gravitationsquellen mit niedrigen Potentialen erzeugen, kann das „Fehlen“ eines (starken) Gravitationsfeldes als hohes Potential bezeichnet werden. Diese Energiedifferenz kann sich nicht in einer Geschwindigkeitsdifferenz (kinetische Energie) ausdrücken, da wir bereits gesagt haben, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Stattdessen wandelt sich die potentielle Energie in Licht/elektromagnetische (bitte korrigieren Sie mich, wenn der Begriff falsch ist) Energie um, wie es sich beschreiben lässtE=hf. Das heißt, die Energie des Photons ist proportional zu seiner Frequenz. Eine Erhöhung der elektromagnetischen Energie des Photons, weil es in ein niedrigeres Gravitationspotential eintritt und seine potentielle Energie umwandelt, führt daher zu einer höheren Frequenz, die als Blauverschiebung sichtbar ist.

Ich würde annehmen, dass die kurze Antwort nein ist, aber Photonen werden von der Schwerkraft beeinflusst.

Was passiert, ist natürlich ziemlich relativ zum Betrachter. Angenommen, Sie sitzen auf dem Photon und reisen mit Lichtgeschwindigkeit an der Gravitationsquelle vorbei. Wie oben argumentiert wurde, würden Sie die Kraft der Gravitationskraft als Beschleunigung in Richtung der Quelle erfahren. Auch wenn Sie während der Reise den Zeitablauf beobachten würden, würden Sie feststellen, dass Ihre Uhr langsamer läuft als die Uhr eines Beobachters, der weiter von der Gravitationsquelle entfernt ist. Für diesen „Weiter-Weg-Reisenden“ würdet ihr daher erscheinen, als würdet ihr schneller reisen, obwohl ihr beide mit Lichtgeschwindigkeit reist.

Letztendlich bedeutet dies, dass die Gravitationsquelle zwar den Weg des Photons beeinflusst, die Geschwindigkeit jedoch aufgrund der relativen Zeitänderung nicht beeinflusst wird.

So verstehe ich es jedenfalls. :)