Könnten Sie sich in Situationen mit hoher Schwerkraft sehen?

Wenn die Schwerkraft stark genug ist, beugt sie das Licht zur Quelle der Schwerkraft.

Ungefähr wahr

Wenn Sie also auf einem kleinen Planeten wären und die Schwerkraft allmählich zunehmen würde, würde sich dann auch der Horizont heben, sodass Sie weiter sehen könnten?

Ja!

Wenn ja, könnten Sie irgendwann in einem bestimmten Winkel nach oben schauen und das Licht den ganzen Weg um den Planeten herum und zurück zu sich selbst gehen lassen, in welchem ​​​​Fall Sie im Wesentlichen zu sich selbst aufblicken würden? Wenn die Schwerkraft zunimmt, gibt es auch einen Punkt, an dem Licht den Planeten auf unbestimmte Zeit umkreisen könnte.

Diese beiden sind im Wesentlichen die gleiche Frage, und die Antwort auf beide lautet ja.

Hier ist ein schönes Bild, das ein paar verschiedene lichtähnliche Geodäten illustriert; Die Linien zeigen Wege an, die Licht in der Nähe eines massiven, kompakten Kugelkörpers nehmen könnte:

( Bildnachweis )

Für ein nicht rotierendes kugelförmiges Objekt gibt es eine Raumkugel, in der das Licht eine stabile Umlaufbahn hat; dh idealerweise könnte Licht ewig umkreisen, wenn es tangential bei diesem bestimmten Radius ausgestrahlt würde. Diese Kugel ist als Photonenkugel bekannt und hat einen Radius von

Interessanter Bezugspunkt : Für die Masse der Erde ist dieser Radius ungefähr$1.3 ~\rm cm$. Wenn also die Masse der Erde zu einer Murmel mit einem Radius von gepresst würde$1.3 ~\rm cm$, gäbe es direkt auf seiner Oberfläche eine stabile Umlaufbahn für Photonen. Wenn Sie eine Ameise wären, die auf diesem Erdmarmor steht, könnten Sie (wenn man andere unbequeme Realitäten einer solchen Situation ignoriert) Ihren Hinterkopf sehen. Oder Thorax, oder was auch immer Sie haben.

Für weitere Recherchen gibt es einen schönen Überblick über Schwartzchild-Geodäten , die Bezeichnung für Wege, die freie Körper (einschließlich Licht) in der Nähe eines nicht rotierenden kugelförmigen Objekts nehmen. Von besonderem Interesse für diese Frage ist der Abschnitt „Biegung des Lichts durch die Schwerkraft“ .

Haftungsausschluss für diejenigen, die mehr wissen : Ich spreche der Einfachheit halber nur von kugelförmigen Schwarzen Löchern; Rotierende Schwarze Löcher sind komplizierter.

In der Tat beugt die Schwerkraft eines Planeten das Licht und ermöglicht es Ihnen, etwas weiter zu sehen; Dies ist ein beobachteter Effekt (allerdings nicht auf Planeten) und wird Gravitationslinseneffekt genannt . Wenn Sie den Film Interstellar gesehen haben , erinnern Sie sich vielleicht daran, dass der Hintergrund der Sterne um das Schwarze Loch herum verzerrt ist. Das ist Gravitationslinseneffekt bei der Arbeit, obwohl das natürlich eine Simulation und kein echtes Schwarzes Loch ist. Eine bemerkenswerte Tatsache ist, dass die Erdatmosphäre auch Licht beugt (obwohl dies nicht wirklich etwas mit der Schwerkraft zu tun hat). Wenn Sie die Sonne kurz vor dem Untergang sehen, ist sie eigentlich schon untergegangen! Es befindet sich unterhalb des Horizonts, aber sein Licht wird von der Atmosphäre zu Ihnen hin gebogen.

Die Frage, ob Licht den ganzen Weg gehen kann, ist etwas tiefer. Verbunden mit einem kugelförmigen Massekörper$M$ist eine Zahl namens Schwarzschild-Radius, gegeben durch$r_S = 2GM/c^2$, Wo$G$ist die Gravitationskonstante und$c$ist die Lichtgeschwindigkeit. Dies ist normalerweise eher klein; Die Erde hat einen Schwarzschild-Radius von etwas darunter$1\ \text{cm}$, und sein Wert für die Sonne ist rund$3\ \text{km}$. Normalerweise ist der Schwarzschild-Radius viel kleiner als der tatsächliche Radius des Objekts und spielt keine wichtige Rolle.

Die Dinge ändern sich, wenn Sie ein extrem dichtes Objekt haben. Die Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass jeder Körper, der kleiner als sein Schwarzschild-Radius wird (also zum Beispiel, wenn Sie die Sonne zu einem Stern unter$3\ \text{km}$im Radius) wird unweigerlich zu einem Schwarzen Loch kollabieren. Die „Oberfläche“ des Schwarzen Lochs, auch Ereignishorizont genannt, liegt bei$r_S$.

In der Nähe des Ereignishorizonts ist die Schwerkraft so stark, dass seltsame Dinge passieren können. Hier kommt der für Ihre Frage relevante Teil: Licht kann ein Schwarzes Loch umkreisen. Der Radius der Umlaufbahn ist$\frac32 r_S$, also kann technisch gesehen ein Objekt, das kleiner als das, aber größer als sein Schwarzschild-Radius ist (also nicht wirklich ein Schwarzes Loch), Licht um sich herum haben. Leider ist diese Umlaufbahn jedoch instabil. Dies bedeutet, dass Sie Ihr Photon in einer ganz bestimmten Entfernung und in einer ganz bestimmten Richtung abschießen müssten, und die kleinste Störung (z. B. die Schwerkraft eines Planeten) würde dazu führen, dass es sich entweder in das Schwarze Loch windet oder aus der Umlaufbahn entweicht.

Also schätze ich, wenn Sie ein Schwarzes Loch gefunden haben und es geschafft haben, genau darauf zu schweben$\frac32 r_S$, würden Sie Ihren Rücken vor sich sehen.