Yerçekimi yalnızca kütle nesnelerini etkiler, ancak neden ışık kara delikten kaçamaz?
"Işık kara delikten kaçamaz", ışığın yerçekiminden etkilendiği anlamına gelir, ancak yerçekimi yalnızca kütle nesnelerini etkilemez mi?
Bu gerçekten güzel bir soru!
Kütleçekim alanında ışığa ne olduğunu sormak istiyorsunuz. Bu gerçek, Einstein'ın bu soru hakkında ilk kez düşünmeye başlamasıyla yaklaşık olarak aynı olduğunu gösteriyor Instein gelmeden önce söyledi). İnsanların yerçekimini anlamasını kolaylaştırmak için bu sorunu "Işığa ne oldu?" Dan çözün. Bu makale aracılığıyla inceleyeceğiz:
- Yerçekimi alanında ışığa ne olur?
- Yerçekimi uzayı ve dolayısıyla kütleyi nasıl etkiler?
Bu cevabı anlamak için en azından biraz lise cebiri bilgisine ihtiyacınız var.
Kara delik fotoğrafı Kaynak: zcool
Yerçekimi altında ışık hızındaki değişiklikler
Burada bir cevap görüyorum, aslında ışığın yerçekiminde hızlandığını söylüyor, a = GM / r2'ye göre
Bu, Newton'un yerçekimi teorisinin öngördüğü şeydir, ancak bu yanlıştır (ancak Newton'un denklemiyle bir noktayı kanıtlamak istediklerini varsayacağım).
Aslında, yerçekimi alanına ışık girdiğinde, ışık aslında yerçekiminin kaynağından uzakta duran bir gözlemciye göre yavaşlar. Başka bir deyişle, ışık dalgalarını doğrudan bir nesneye çeker ve onu nesneden sektirirsem, bana geri dönmem, yerçekimi alanı olmadığından daha uzun sürer. Şimdi bunu genel görelilikle kanıtlayalım. Matematiğe ilgi duymuyorsanız, ona bağlı kalın çünkü zaman geçtikçe matematik daha kolay hale gelir:
c2ds2 = - (1 rsr) c2dt2 + dr2 (1 rsr) + r2 (d2 + sin2d2)
ds boşluk aralığıdır, ancak ışık için bu 0'dır
rs, 2GM / c2 olan Schwarzschild yarıçapıdır
c ışık hızıdır
dt, zamandaki değişimdir
dr yerçekimi kuyusunun merkez yarıçapındaki değişikliktir
Işığı doğrudan yerçekimi kaynağına çektiğimiz için denklemin ve phi kısımlarına ihtiyacımız yoktur, çünkü bu kutupsal koordinatlardaki açı ile ilgilidir. Sol taraftaki aralığı (ds2) de 0 olarak ayarlayabiliriz çünkü bu ışık aralığıdır. Dolayısıyla bu, şunları basitleştirir:
0 = - (1 rsr) c2dt2 + dr2 (1 rsr)
Sonra, yarıçaptaki zaman içindeki değişimi çözmek için küçük bir cebir kullanacağız:
(1-rsr) c2dt2 = dr2 (1-rsr)
(1-rsr) (1-rsr) c2 = dr2dt2
Ve her bir kare bileşenin * karekökünü alarak her şeyi basitleştirin:
drdt = (1 rsr) c
* Bir şeyin karekökünü aldığımızda, olumlu bir çözüm ve olumsuz bir çözüm vardır. Bununla birlikte, bu durumda, olumsuz çözüm, ışığın zıt yönlerde hareket ettiğini, yani içeri girip çıktığını tanımlar. Basit olması için, çözümlerden yalnızca birini inceleyeceğiz.
Şimdi dr / dt (zamanla yarıçapta değişiklik) hızdır:
v = (1 - rsr) c
Maddenin ivmesiyle birlikte çizersek, şöyle görünür:
Unutmayın, bu, yerçekimi kaynağından uzakta, dışarıdan bakıldığında (bir Schwarzschild gözlemcisi) birisinin perspektifinden bakılır. Bir mesafeden düşen maddeyi "izlersek", 0.3849 santigrat dereceye yaklaştığını göreceğiz ve olay ufkuna yaklaştıkça 0'a yavaşlamaya başlayacağız. Nesne hızının kütle ile değişimi aşağıdaki formülle verilmiştir:
drdt = c (1 rsr) rsr
Yavaşladığını da görüyoruz, ancak hız farklı, bu nedenle her zaman giriş gözlemcisine göre 299792458 m / s ölçüyor (çünkü gözlemcinin serbest düşüşteki zaman genişlemesi ve uzunluk daralması, onları her zaman yerel olarak aynı c değerini ölçmesini sağlayacaktır, Nerede oldukları önemli değil).
Burada kullanılan "gözlenen", yerçekimi alanından çıkıp gözlerimize ulaşan ışığa değil, konumumuza anında ulaşan bilgilere dayanmaktadır. Bu durumda, standart mesafe ölçümü yerine yarıçapı ölçmek için çevreyi 2'ye bölün. Bunun nedeni, ışığın bir ölçü olarak kullanılması yayılma hızını yavaşlatmasıdır.Ufku sonsuzluk olarak ölçecektir (ışık asla geri dönmeyecektir), ölçü olarak bir cetveli kullanırken, uzunluk daralması yaşayacak ve sonsuzluğu da ölçecektir, çünkü o Schwarzschild'in metriğine göre uzunluk, sıfır olay ufkuna yakındır.
Kara deliğe düşen astronot Kaynak: 163.com
Kaliteli etki alanı
Bu yöntemin avantajı, vakumun iç işleyişini ortaya çıkarmasıdır. Bir ortamda, bu ortamda bir dalga gönderdiğinizde, dalganın hızı bir gradyan şeklinde değişir ve dalga yayıldıkça bükülür. Ortamdaki daha yavaş dalga hızı alanına doğru eğilecektir. Bu, Snell'in kırılma yasasına dayanmaktadır.
günah (2) günah (1) = v2v1
Dalgaların yayılma hızını ne yavaşlatabilir? Newton-Laplace denklemine göre:
c = p
Bu puanın altında, belirli bir hacimdeki ortamın kütlesi olan yoğunluk olan ("rou" olarak telaffuz edilir) bulunur. Hacimdeki kütleyi artırırsanız, o zaman c-dalganın yayılma hızı- azalacaktır. Yerçekimi ile tam olarak gözlemlediğimiz şey budur. Vakum aynı kaldığı sürece, belirli bir alandaki kütlenin arttırılması, daha düşük bir ışık yayılma hızı ile sonuçlanacaktır. Peki, düşük ışık yayılma hızı madde için ne anlama geliyor? Kaliteli şeyler üzerinde nasıl bir etkisi olacak?
C'nin gradyanı kütleyi hızlandırır
Fizikçiler arasında "zaman genişlemesinin kitlenin çekilmesine neden olduğu" konusunda çok popüler bir görüş var. Bu, fikrin sadece bir kısmı. Daha popüler fikirlerin diğer yarısı ise şu şekildedir:
Yukarıda gösterilen "uzay uzaması" veya uzunluk daralmasıdır. Ancak gerçek bilinmektedir ve bu çekim etkisinin oluşmasına neden olan zaman ve uzaklıktaki değişimdir. Bu değişiklikler daha basit bir şekilde şu şekilde ifade edilir: dalga yayılma hızının yavaşlaması. Hız, zaman ve mesafeyi içerir, bu yüzden gerçekte ne olduğunu daha ayrıntılı olarak açıklar.
Kaynak filmdeki kara deliğin görüntüsü: baidu
Periyodik bir dalgaya (kütleli bir şeye) değişken bir hız gradyanı uyguladığınızda ve her noktada Snell'in kırılma yasasını uyguladığınızda, aşağıdaki periyodik yolu elde edersiniz:
* Not: Bu yalnızca bir tahmindir.
Üst alandaki dalga yayılma hızı daha hızlıdır ve alt alandaki dalga yayılma hızı daha yavaştır. Periyodik yolun tepesinden başlayarak, dalga, çeyrek I'de daha eğimli, çeyrek IV ve I II'de daha az eğimli ve çeyrek II'de daha eğimli olma eğilimindedir. Sonuç, düşük hız bölgesine hızlanmadır. Bu yalnızca periyodik dalgalara uygulanan kırılma etkisidir. Bu döngüyü tekrar tekrar tekrarlayın ve dalganın yavaş ilerlediği alana doğru periyodik bir dalga yolunun ivmesini elde edeceksiniz. Bu nedenle kütlesi olan nesneler yerçekimi alanındaki diğer kütlelere doğru hızlanırken, ışık yalnızca aynı alanda bükülür.
Böylece ışık ve kütle nesneleri üzerinde gözlemlediğimiz etkilerin tamamen farklı olduğunu görebilirsiniz. Ancak her ikisi de yerçekiminden aynı şekilde etkilenir. Ancak dalga geometrileri ve kırılma yasaları nedeniyle farklı davranırlar.
Başka bir soru ortaya çıktı
Newton-Laplace denkleminin bir üst bileşeni olduğunu hatırlıyor musunuz? Bu bileşen, basınç bileşenidir (p). Basınç, enerji yoğunluğunu tanımlamanın başka bir yolu, bu durumda bir vakumun enerjisi. Alan denklemi tamamlandı mı? Kütlenin enerjinin ana formu olduğu alanda çok başarılılar. Ancak denklemin ayrışması:
- Galaksinin merkezinden uzaktaki sorunlar galaksinin dönme eğrisi gibidir;
- Galaksiler arasındaki, kütlelerin hızlandırıldığı boşluk (evrenin hızlandırılmış genişlemesi);
- Maddenin içinde bir kara delik bulunduğunda, güneşin matematiksel ufku gibi ufkun yakınında herhangi bir yerde görünecektir, ancak orada böyle bir "kara delik" olmadığı açıktır.
Kara delik ve jet kaynağı: kuaibao
İlk iki problem, vakum enerjisini / basıncını kütlenin zıttı olarak ele alarak çözülebilir. Aksi takdirde, gerçekte var olmayan negatif basıncı ve / veya fazla kütleyi arayacaksınız.
Üçüncü problem, Newton-Laplace denklemi uygulanarak da çözülebilir, çünkü kütle yoğunluğunu dengelemek için her yerde bir miktar enerji yoğunluğu bulunabilir, böylece olay ufkunu ortadan kaldırır.
Referans
1. Wikipedia Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
Bilginize: SpaceTraveler (Gao Yimin)
yazar: quora
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
