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¿Por qué es luz doblada pero no acelera?

La luz se dobla cerca de una masa (por ejemplo al pasar cerca del sol como se demuestra en el eclipse de sol famoso de 1919). Interpreto esto como un efecto de la gravedad sobre la luz.

Sin embargo, parece (a mí al menos) que la luz no se acelera cuando viaja directamente hacia el centro (bary-) del sol. La misma fuerza gravitatoria se aplica sin embargo la velocidad de la luz permanece constante (viz. $c$).

¿Qué me falta?

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Shameer Puntos 9

Te perdiste un aspecto clave de la Relatividad General:

La gravitacional de la 'fuerza' observamos es una ilusión según la Relatividad General. Específicamente, la "fuerza de gravedad" y "aceleración de la gravedad" que se observa en un objeto es una ilusión generada por el objeto que se mueve a lo largo de una geodésica en 4 dimensiones espacio-tiempo.

Explicación

En la Relatividad General, la presencia de la masa y la energía deforma 4 dimensiones del espacio tiempo, por lo tanto la inducción de la curvatura espacial. La mayor presencia de la masa y la energía en un lugar determinado, mayor es la inducida por la curvatura espacial. Cuando cualquier partícula sin masa o no) viaja en esta curva el espacio, la partícula seguirá su recorrido en línea recta (en ausencia de fuerzas externas); pero, puesto que el espacio es viajar a es curva, es global trayectoria se curva.

Como una analogía dibuja dos líneas rectas en una esfera (de una superficie curva) que viajan en diferentes direcciones. Localmente (en pequeño de 2 dimensiones distancias), las líneas de viaje en una dirección recta, sin desviarse. A nivel mundial (en 3 dimensiones), vemos que su trayectoria es curva y que inevitablemente se cruzan (en el otro lado de la esfera). Llamamos a estos caminos geodesics. Las matemáticas relativas a geodesics implica la geometría diferencial, que hace un uso intensivo de cálculo multivariable.

Ahora, de vuelta a la relatividad general. GR predice que las fuerzas gravitacionales que podemos observar son la manifestación de 4 dimensiones espacio-tiempo siendo deformado por la presencia de la masa-energía. Una analogía común es el trampolín bien el modelo se muestra a continuación. Una pesada masa sentado sobre una cama elástica de las curvas de la superficie de la cama elástica. Los objetos, a continuación, mueva hacia la pesada masa tiene su camino se desvía hacia ella. Ahora, debo destacar una importante simplificación en dichos diagramas: los diagramas, reducir las 4 dimensiones de espacio-tiempo 3 dimensiones espaciales. El plano XY del diagrama representa el XYZ de los componentes del espacio-tiempo, mientras que el eje Z del diagrama representa el T componente de espacio-tiempo. Para los amantes de las matemáticas, que son la reducción de la $(\vec{X}, \vec{Y}, \vec{Z}, \vec{T})$ $(\sqrt{\vec{X}^2 + \vec{Y}^2}, \vec{Z}, \vec{T})$

Curvature of Light from a star behind the sun.

Ahora aquí está la parte interesante:

Ahora, en lugar de su ruta de curvatura a lo largo de la $\vec{X}\vec{Y}$ plano como se ve en la foto de arriba, su ruta de acceso de la curva en contra de $\vec{Z}$ (vertical). En este contexto, aunque, $\vec{Z}$ no se refiere a la dirección Z, pero a $\vec{T}$. Lo que esto significa es que, de los observadores de ver la partícula 'acelerar' en a través del tiempo y, al parecer, 'slow down'. Es decir, que se vea gravitacional de la dilatación del tiempo.

EDIT. He cometido un error: la luz acelerar! Simplemente lo hace de acuerdo a las reglas de la relatividad especial.* Cuando los objetos (sin masa o no) pasar cerca de un gravitacional bien que recoger la energía gravitacional y acelerar, con lo que la obtención de energía cinética. Para objetos con masa, esto significa un aumento de la velocidad (de ahí gravitacional hondas). Para partículas sin masa (como los fotones), esto normalmente significa un aumento en la frecuencia o azul de desplazamiento como Jeremy señaló en una de respuestas separada. (Gracias Pedro, Rob, y Jeremy para señalar este supervisión)

Contradicción?

Usted puede haber notado una contradicción aquí. Según la relatividad especial y observaciones, los objetos en gravitacional pozos acelera. Caso en cuestión: gravitacional arnés de tiro. Según la relatividad general, sin embargo, la 'fuerza de la gravedad' se observa es una manifestación de 4 dimensiones espacio-tiempo de la curvatura. Por lo que es: es su fuerza o no? No realmente: es una cuestión de los marcos de referencia. Desde nuestro marco de referencia vemos que la aceleración; pero, a partir de las 4 dimensiones del espacio-tiempo de referencia vemos puro geodésica de movimiento.

Por lo tanto, la gravedad no es una fuerza que actúa sobre un objeto, sino el objeto que se mueve a lo largo de una geodésica camino que manifiesta la apariencia de la aceleración.

63voto

MRA Puntos 546

Una cosa que las respuestas de arriba faltan--la luz es aceleraron, sólo se acelera según las reglas de la relatividad especial, que dice que no se acelere cuando ya viaja a la velocidad de la luz. En cambio, gana energía cinética la forma de que un fotón gana energía cinética, siendo blueshifted a una frecuencia más alta, que se traduce a más energía, según el % de la relación de Planck $E = h\nu$

11voto

GCW Puntos 11

Actualmente, no existe ninguna evidencia de que los fotones tienen masa, y está generalmente aceptado que son partículas sin masa.

Sin embargo, gravitación afecta la trayectoria de los fotones, porque la flexión del espacio-tiempo hace que todas las partículas que viajan en trayectorias curvas, incluso sin masa. Pero eso no significa que la luz se acelerará. La velocidad de la luz (299,792,458 m/s) es un máximo absoluto y no pueden disminuir de eso ni puede aumentar.

10voto

Brian Puntos 1

¿La velocidad de la luz cambia debido a que el Sol? Bueno, sí y no. Hay dos maneras en que uno puede pensar acerca de la velocidad en la Relatividad General. Uno es el de coordinar la velocidad, lo que significa que la tasa de cambio de la coordenada espacial con respecto al tiempo de coordenadas del sistema de coordenadas que usted puede elegir a su voluntad. Otra es la velocidad, como se ve desde un marco especial, a saber, el local marco inercial en las inmediaciones de la luz quanta. El aspecto fundamental de la Relatividad General es que la Física en un local marco inercial es exactamente el mismo que el de la Física de la Relatividad Especial. Pero debido a la gravedad, estos pequeños-pequeños locales de inercia marcos están dispuestos de manera globalmente que un mundial marco inercial no puede ser formado. Ahora, en un marco genérico de referencia, es decir, en la genérica de un sistema de coordenadas, la velocidad de la luz, ciertamente, puede ser diferente de $c$ y, de hecho, incluso se puede cambiar con el tiempo.

Por ejemplo, la velocidad de un fotón que se mueve radialmente en la vecindad de un esféricamente simétrica y estática objeto es dado por $v=\dfrac{dr}{dt}=c\bigg(1-\dfrac{2GM}{rc^2}\bigg)$ si usted elige sus coordenadas espaciales a ser el esférico coordenadas centrado en el objeto masivo con la radial coordinar $r$ y mantener la noción del tiempo con un reloj situado lejos del objeto esférico (estrella). Como se puede ver claramente, la velocidad puede variar con el radio de $r$. Aunque, la aceleración y la aceleración hacia abajo se produce en un poco contra-intuitivo de la moda. Un curso de fotones parece ser el exceso de velocidad y en un curso de fotones parece estar disminuyendo. De nuevo, si usted va a un marco inercial, la velocidad es invariable $c$, pero no tiene ningún marco que es inercial y puede describir el movimiento de la luz por un tiempo finito o dentro de una región finita del espacio.

7voto

Fernando Briano Puntos 3704

Faltan especial de la relatividad de einstein y la relatividad general. En la teoría especial de la relatividad la velocidad de la luz en el vacío es siempre c, no importa el marco de referencia de la medición.

También clásica del electromagnetismo, de la luz, surge a partir de una confluencia de la mecánica cuántica constituyentes que son los fotones y tienen masa cero. Un fotón de puntería en el baricentro del sol es atraído por el campo gravitatorio del sol, pero el efecto no es un cambio en la velocidad , pero en su energía que es $E=h\nu$ y por lo tanto la energía extra que aumenta la frecuencia, mientras que la velocidad se mantiene en $c$.

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