Was sind die Photonen/Elektronen-Folgen von Materie in einer gravitativen Zeitdilatation?

Also sah ich den Film Interstellar und er brachte mich zum Nachdenken. Ich werde nicht einmal alle Handlungslöcher erwähnen, aber ich wollte nach einem Planeten fragen, der ein Schwarzes Loch umkreist. Ich dachte immer, man müsse fast mit Lichtgeschwindigkeit reisen, um Zeitdilatation zu erleben.

  1. Wenn Sie ein starkes Teleskop auf Menschen auf der Oberfläche des Planeten richten, werden Sie sehen, wie sie sich sehr langsam bewegen?
  2. Da Photonen keine Zeitdilatation erfahren und sich immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen, werden die Oberfläche dieses Planeten und die Objekte dunkler, fast düster und schwarz erscheinen?
  3. Wenn ein Photon von einem Atom auf der Oberfläche absorbiert und dann entladen und zurückreflektiert wird, ist die Elektronenumlaufgeschwindigkeit des Atoms langsamer in Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit und die Absorption auch langsamer in Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit?
  4. Würde aus Sicht des Radiometers mehr Licht pro Zeiteinheit auf ein Radiometer treffen und würde es dadurch schneller oder langsamer rotieren (Radiometerzeit, Umdrehungen/s)? Würde sich nicht ein „Lichtdruck“ aufbauen, weil Atome die Photonen nicht so schnell absorbieren und reflektieren könnten?

Gravitonale Zeitdilatation ist ein Teil der Allgemeinen Relativitätstheorie. Die Zeitdilatation aufgrund der Geschwindigkeit ist die spezielle Relativitätstheorie.
Chloe, wenn man den Mauszeiger über die „Up Vote“-Schaltfläche bewegt, lautet der Inhalt des Schwebefelds: „Diese Frage zeigt den Forschungsaufwand; sie ist nützlich und klar.“ Obwohl Ihre Frage(n) gut geschrieben und klar sind, wird kein Forschungsaufwand gezeigt. Angesichts der Popularität von „Interstellar“ frage ich mich jedoch laut, ob diese Seite eine „Interstellare“ „Hauptfrage“ mit Links zu verschiedenen verwandten Fragen und Antworten haben sollte.
@AlfredCentauri Danke. Ich habe alle "verwandten" Fragen in der Seitenleiste gelesen. Ich hätte auf movies.stackexchange.com fragen können, aber ich wollte eine strengere Antwort von einem Physiker.
Chloe, du scheinst auf dem richtigen Weg zu sein. Aber bei Frage 3 und 4 müssen Sie angeben, was Sie mit "langsamer" meinen. Meinen Sie langsamer, wie in dem in 1 erwähnten Supermacht-Teleskop beobachtet, oder langsamer, wie von jemandem auf diesem Planeten beobachtet? Eine Person auf diesem Planeten würde tatsächlich fast ohnehin keinen beobachtbaren Unterschied feststellen, wenn man im Film davon ausgeht, dass es sich um ein supermassereiches Schwarzes Loch handelt.

Antworten (2)

OK, lassen Sie uns Ihnen eine Frage nach der anderen beantworten.

  1. Theoretisch ist die Antwort ja. Wenn es Ihnen gelingt, die Menschen auf dem Planeten von einem Gebiet aus zu beobachten, das sich nicht in der Nähe einer nennenswerten Masse befindet, würden Sie sehen, dass sich die Menschen viel langsamer bewegen, Uhren langsamer laufen usw.

  2. Obwohl die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist, unterscheidet sich die Frequenz des Lichts von einem äußeren Beobachter. Die gesamte Szene würde rotverschoben werden. Im Wesentlichen scheint das Licht, das Sie erkennen würden, weniger Energie zu haben als das Licht, das den Planeten verlassen hat.

Wenn der Planet ein ausreichend großes Gravitationsfeld hat, stellen Sie möglicherweise fest, dass das, was Sie „sehen“ können, tatsächlich Teil des Röntgen- oder Ultraviolettbereichs des Spektrums ist, der in eine Frequenz rotverschoben wurde, die von der wahrgenommen werden kann Auge. Da es weit weniger Quellen für Röntgen- und UV-Licht gibt, würden Sie eine schwache, fast schwarze Szene sehen nicht reflektiert. Außerdem wird Licht im höheren Teil des Spektrums leichter absorbiert als reflektiert.)

  1. Wenn Sie langsamer in Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit sagen, meinen Sie langsamer als das, was es für einen Oberflächenbeobachter wäre. Wenn ja, dann ist die Antwort ja. Die Schwerkraft ist für die Zeitdilatation verantwortlich, die einem externen Beobachter alles auf dem Planeten langsamer erscheinen lassen würde. So wie ich es verstehe, ist die Lichtgeschwindigkeit hier nur eine Referenzgeschwindigkeit. Korrigiere mich, wenn ich falsch liege.

  2. Da die Szene rotverschoben war, hätten die Photonen, die auf das (von einem externen Beobachter getragene) Radiometer auftreffen, eine geringere Energie und damit einen geringeren Impuls. Der Strahlungsdruck wäre geringer. Zumindest nach meinem Verständnis.

Mehr Wow. Ich stelle mir vor, dass ein Atom im Weltraum ohne Schwerkraft 1 Photon pro Elektronenumdrehung erhalten würde. Im Gravitationsbrunnen würde ein Atom 2 Photonen pro Elektronenumdrehung erhalten. Ich war neugierig, was mit den zusätzlichen Photonen passiert – könnten sie verarbeitet werden? Dafür sorgt die Rotverschiebung, da sie weniger Energie haben, gleicht sich alles aus. Diese Eleganz.
In Bezug auf reflektiertes Licht: Würde einfallendes sichtbares Licht nicht zu höheren Wellenlängen blauverschoben, von verschiedenen Oberflächen reflektiert und auf dem Weg nach draußen wieder zu sichtbarem Licht rotverschoben? Ich gehe davon aus, dass das Licht, das auf den Planeten fällt, allgemein aus dem Universum stammt.

Aufgrund der Gravitationszeitdilatation wäre für einen Beobachter des Planeten die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung langsamer. Sichtbares Licht, das vom Planeten ausgestrahlt wird, würde als Infrarot- oder Mikrowellen erscheinen. Die Amplitude der Strahlung würde sich nicht ändern. Da die Frequenz abnimmt, während die Amplitude konstant bleibt, würde das Radiometer weniger kumulative Energie erhalten und sich langsamer drehen.

Ich glaube nicht, dass sich die Geschwindigkeit, mit der ein Atom ein Photon absorbiert, ändern würde. Die Lichtgeschwindigkeit ist unendlich schneller als die Masse reisen kann. Objekte innerhalb einer massiven Schwerkraft absorbieren Photonen genauso wie Objekte im offenen Raum.

Was sind die Photonen/Elektronen-Folgen von Materie in einer gravitativen Zeitdilatation?
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