[5/3 Extendido de la respuesta, de hecho algunas correcciones, y respondió a Juan Duffield del comentario]
Esto es en realidad la paradoja de que llevó a Einstein a la teoría General de la Relatividad. Considerar un caso especial: Un electrón y un positrón están en la superficie de la Tierra. Ponerlos juntos y se aniquilan, la creación de rayos gamma (que es muy enérgica de la luz). Los rayos gamma de viaje hasta la Estación Espacial, donde se convierte de nuevo a un positrón y un electrón. Estos se cayó de nuevo a la Tierra, donde la energía cinética es la cosecha.
Einstein encontró una manera de salir de la paradoja: la Gravedad debe afectar a la energía, al igual que la materia. La luz debe perder de energía si se sube en contra de la gravedad. Así mismo, se debe obtener energía si se cae de la Estación Espacial a la Tierra.
Menor punto de la estación espacial tiene una gran velocidad horizontal. Vamos nosotros a pretender que es estacionario en la parte superior de una torre alta. También vamos a ignorar la rotación de la Tierra.
Esto nos lleva a otra de Einstein experimentos de pensamiento. A diferencia de otras fuerzas, la gravedad atrae a todas las partículas y, por tanto, debe afectar a todos los de la energía. Einstein no podía pensar en un experimento que podría distinguir entre un elevador en caida libre en un campo gravitacional uniforme y un ascensor flotando en el espacio donde no hay gravedad. (Hay algunas advertencias. El ascensor debe ser pequeños o los efectos de una aplicación no uniforme de campo será notable. Mirando fuera del ascensor está engañando. Ver este para obtener más detalles.) Concluyó que las leyes de la física en un elevador en caida libre son los mismos que los de un marco inercial de referencia sin gravedad.
Además, las leyes en un cohete en el espacio vacío acelera a 1 g son las mismas que las leyes en un uniforme de 1 g del campo gravitacional. En la Tierra, la tierra te empuja hacia arriba con la fuerza suficiente para acelerar en 1 g. Esto es completamente equivalente a la de un cohete. Este es el llamado principio de equivalencia.
En un cohete, puede utilizar un marco inercial de referencia. Se toma en cuenta para su aceleración, y luego ves que las partículas sin fuerzas se mueven en líneas rectas, las partículas en reposo permanecerá en reposo.
También puede trabajar en un marco de referencia en el que el cohete está en reposo. Para hacer esto, usted dice que una fuerza hacia la cola del cohete actúa sobre todo en el universo. Este tipo de fuerza es un truco contable debe utilizar si desea trabajar en un no-sistema inercial de referencia. Se llama pseudo fuerza.
La equivalencia principal es una declaración de que la gravedad es una pseudo fuerza, y que cae libremente marco de referencia es inercial. A diferencia de un cohete, el pseudo fuerza de la gravedad no es siempre uniforme.
Podemos utilizar la Equivalencia Principal para calcular el efecto de la gravedad en la luz.
Supongamos que usted está en un cohete en reposo a una distancia L de una estación de espacio lejano de la Tierra. Empezar a acelerar hacia en 1 g sólo como un rayo de luz sale de la estación hacia usted. Te gustaría ver un azul Doppler, una mayor frecuencia. A bajas velocidades, el desplazamiento Doppler es relativa a la velocidad como a continuación.
$\nu = \nu_0 \left[1 + \dfrac{v}{c}\right]$
Descuidar la distancia de viaje, la luz toma tiempo $L/c$ a llegar a usted. Durante este tiempo, usted podría acelerar a la velocidad $v= gL/c$. Así
$\nu = \nu_0 \left[1 + \dfrac{gL}{c^2}\right]$
Puesto que la gravedad y la aceleración de un cohete son completamente equivalentes, se ve la misma efecto Doppler en la Tierra. (Ver a este para obtener más información.)
Esto parece muy extraño cuando se piensa en ello. Las leyes de la física son las mismas cuando no se vería fuera de el ascensor o el cohete. Cuando ves a cabo, se puede ver una diferencia obvia. La aceleración del cohete da el universo de la velocidad, la velocidad de la causa de la dilatación del tiempo y contracción de longitud, y estos generan el Doppler tamizar. En la Tierra, la aceleración hacia arriba se mantiene la caída. El universo se mantiene aún.
Si la frecuencia de la luz aumenta, entonces su período disminuye. Si la medida de un período más largo en la Tierra de la estación espacial se encuentra, es porque el reloj es más lento. La aceleración de la gravedad hace que el mismo dilatación del tiempo como la aceleración del cohete.
$t = \dfrac{t_0} {\left[1 + \dfrac{gL}{c^2}\right]}$
Esto es válido para los puntos separados por una pequeña L. comparar los intervalos de tiempo en la Tierra a intervalos de tiempo que no se ve influenciado por la gravedad lejos de la Tierra, tendríamos que usar $g = GM/r^2$, tomar en cuenta los cambios de longitud, y de integrar. El resultado de una más exacta de cálculo es
$t = \dfrac{t_0}{\sqrt{1 - \dfrac{2GM}{rc^2}}}$
A partir de la mecánica cuántica, la energía de un fotón está relacionada con su longitud de onda. $E = h \nu = \dfrac{h c}{\lambda}$. De modo que la luz que sube en contra de la gravedad es de color rojo cambiado y tiene una caída en la energía.
Tengo que ser cuidadoso acerca de las declaraciones como "la Luz pierde energía a medida que se sube en contra de la gravedad."
La luz no disminuye a medida que sube. La luz viaja a la velocidad de la luz.
Usted también puede seguir a un fotón y ver su cambio de energía. No hay un marco de referencia que sigue un fotón. Usted obtener singularidades si usted trata de buscar en el universo desde el punto de vista de un fotón.
Todo lo que puedes hacer es medir la frecuencia o la energía de un fotón como sale y como llega. Usted puede medir un cambio de frecuencia o de la diferencia de energía entre dos puntos.
Si tu objetivo es un láser hacia arriba, muchos fotones idénticos a los estados subir en contra de la gravedad. Usted puede medir la frecuencia en varias alturas con una rejilla de difracción o medir el retroceso cuando un objeto es golpeado.
Si la rejilla de difracción o la partícula está en reposo con respecto a la tierra, usted encontrará que hay una frecuencia y la energía de caída de la viga sube.
Si la rejilla de difracción o de partículas es disparado desde un cañón en la tierra con la velocidad suficiente a la costa hasta la estación espacial y se detiene allí, usted podría encontrar que ninguna frecuencia o energía de la gota. Los valores de toda la viga sería el mismo, medido en la estación espacial.
En ambos casos, la energía no es algo de "cosas" dentro de los fotones que se pierde como el fotón se eleva. Si es resultado de una interacción entre el fotón y la rejilla de difracción o de partículas.
En la estacionario con respecto a la Tierra caso, la velocidad del reloj de la red de difracción o de la partícula cambia con la altitud, así como los valores medidos.
En el caso de cabotaje, la red de difracción o de la partícula está en reposo en un marco inercial de referencia. Sus relojes de correr a la misma velocidad que la de la estación espacial.
