A gravidade diminui ou acelera?

A velocidade da luz no vácuo é presumivelmente a velocidade mais rápida possível.

se a gravidade inclina o curso da luz, isso implica que a gravidade retarda a luz para que ela se mova a uma velocidade mais lenta? Se afeta seu curso, por que a gravidade não pode afetar sua velocidade - ou afeta?

E se a gravidade afeta a velocidade da luz, o que isso diz sobre nossas medições da distância ao objeto mais distante observável? Poderíamos supor que todos os efeitos da gravidade em 15 bilhões de anos-luz se igualam? Ou a distância real através do universo observável está sujeita a variações desconhecidas devido aos efeitos da gravidade?

Como Walter diz, a gravidade não distorce a luz. A luz viaja ao longo da geodésica nula, um tipo particular de caminho reto. Como a geodésica (afim) não muda de direção por definição, as trajetórias geometricamente leves são retas. Além disso, a velocidade da luz no vácuo é em todos os quadros inerciais, independentemente de o espaço-tempo ser ou não curvo, embora os quadros inerciais do espaço-tempo curvado só possam ser locais.$c$

O que pode mudar, no entanto, é a velocidade coordenada da luz. Como as coordenadas são apenas rótulos para eventos no espaço-tempo, isso é verdade mesmo no espaço-tempo completamente plano. Por exemplo, no gráfico de coordenadas de Rindler, a métrica de Minkowski do espaço-tempo plano assume a forma que tem unidades de aceleração. Como a luz viaja ao longo de linhas de palavras nulas ( ), a velocidade coordenada da luz é que depende da posição e pode até serg d s 2 = 0 d

$$\mathrm{d}s^2 = -\frac{g^2x^2}{c^2}\,\mathrm{d}t^2 + \underbrace{\mathrm{d}x^2 + \mathrm{d}y^2 + \mathrm{d}z^2}_{\mathrm{d}S^2_\text{Euclid}}\text{,}$$ $g$$\mathrm{d}s^2 = 0$0 $$\frac{\mathrm{d}S}{\mathrm{d}t} = \frac{|gx|}{c}\text{,}$$ $0$, pois existe um horizonte de eventos aparente. Um observador estacionário nas coordenadas de Rindler na verdade tem aceleração adequada , de modo que o gráfico de tempo-espaço plano de Rindler é um análogo natural de um "campo gravitacional uniforme".$g$

se a gravidade inclina o curso da luz, isso implica que a gravidade retarda a luz para que ela se mova a uma velocidade mais lenta?

Não, mas o que podemos dizer é isso. Para campos gravitacionais fracos e de mudança lenta, a métrica a seguir é apropriada para descrever o espaço-tempo em termos do potencial gravitacional newtoniano : pois podemos calcular prontamente a velocidade das coordenadas da luz (novamente ): e assim expandindo seu recíproco em uma série de Taylor-MacLaurin, descobrimos que a luz viaja " como se " tivéssemos um índice de refraçãod s 2 = - ( 1 + 2 $\Phi$

$$\mathrm{d}s^2 = -\left(1+2\frac{\Phi}{c^2}\right)c^2\,\mathrm{d}t^2 + \left(1-2\frac{\Phi}{c^2}\right)\,\mathrm{d}S^2\text{,}$$ $\mathrm{d}s^2 = 0$ $$\frac{\mathrm{d}S}{\mathrm{d}t} = c\sqrt{\frac{1+2\Phi/c^2}{1-2\Phi/c^2}}\text{,}$$ $$n = c \frac{\mathrm{d}t}{\mathrm{d}S} \approx 1 - 2\frac{\Phi}{c^2} + \mathcal{O}\left(\frac{\Phi^2}{c^4}\right)\text{.}$$

Se tivermos em mente que estamos lidando apenas com a velocidade coordenada da luz, então sim, poderíamos dizer que a gravidade (antes, o potencial gravitacional) retarda a luz. Outra maneira de pensar sobre isso é assim: se fingimos que estamos lidando com o espaço-tempo plano comum de Minwkoski nas coordenadas inerciais usuais, então precisamos de um meio com o índice de refração acima para reproduzir as trajetórias da luz. Mas é claro que interpretar isso literalmente não é legítimo, pois (1) a métrica afeta mais que a propagação da luz e (2) essa interpretação falharia em explicar o desvio para o vermelho gravitacional.

A última abordagem é moralmente semelhante à descrita na resposta de Walter, pois depende de uma comparação hipotética com o espaço-tempo plano. A diferença é que, limitando-nos a falar sobre o que acontece longe dos corpos gravitacionais, Walter pode contornar a questão do desvio para o vermelho gravitacional, mas não pode atribuir nenhum índice de refração local (no lado positivo, sua abordagem não se limita a fraca, lentamente- mudança de gravidade).

E se a gravidade afeta a velocidade da luz, o que isso diz sobre nossas medições da distância ao objeto mais distante observável? Poderíamos supor que todos os efeitos da gravidade em 15 bilhões de anos-luz se igualam?

Nossos modelos cosmológicos assumem que o universo é em grande escala homogêneo e isotrópico, uma suposição que é apoiada por observações das partes dele que podemos ver. Em um universo homogêneo e isotrópico, é bastante fácil explicar como a luz se comporta ao atravessá-la. Portanto, não, não precisamos supor que os efeitos gravitacionais se equilibram - pelo contrário, usamos esses efeitos gravitacionais na luz para ajustar os parâmetros de nossos modelos.

A gravidade não afeta a velocidade da luz. Afeta a geometria espaço-tempo e, portanto, os caminhos da luz. No entanto, isso pode ter um efeito semelhante.

A luz emitida na fonte para passar um objeto maciço que está muito próximo do caminho reto de outra maneira (se M não estivesse lá) para um observador precisa "dar a volta" em , o que leva mais tempo do que seguir o caminho reto no ausência de . A luz que atinge de não é emitida de na direção "reta" (na ausência de ) para , mas um pouco fora dessa direção, de modo que a "curvatura" de seu caminho pela gravidade de "desvia "-lo para .M O M M O S S M O M $S$$M$$O$$M$$M$$O$$S$$S$$M$$O$$M$$O$

Obviamente, a luz nunca é dobrada, mas sempre segue um caminho reto. O que é dobrado é o espaço-tempo em comparação com o espaço-tempo euclidiano na ausência de massas distorcidas (veja: geodésico ). Essa distorção no tecido do espaço-tempo é chamada de lente gravitacional .

Essa é uma pergunta difícil, especialmente porque não estou acostumado a dar explicações em termos não técnicos.

Começando no topo:

Condicionalmente sim. No espaço mais vazio possível - não entre estrelas, não entre galáxias, não entre famílias de galáxias e assim por diante ..... no espaço mais vazio entre os super aglomerados de galáxias, é o mais rápido, onde a gravidade é mais fraca.

Se você tivesse tempo para fazê-lo, e um belo buraco negro de alvo claro e disparasse um laser azul apenas no horizonte de eventos de um lado (digamos, está transmitindo toda a obra de Shakespeare seguida pelo resto do projeto Gutenberg) - em de tal maneira que deslizava por toda a volta e depois voltava em sua direção, como um estilingue da lua na primeira órbita da lua, o que aconteceria? A cor da luz mudaria?

Quanto mais próximo o feixe fica do horizonte de eventos, maior o espaço estendido - pense dessa maneira, então a luz precisa viajar mais longe, e o mesmo todo em volta do buraco negro - quanto mais próximo do horizonte de eventos, mais profundo o poço , quanto mais o espaço for esticado e mais tempo a luz levará para se deslocar. Do seu ponto de vista, o buraco negro está a X distância, o caminho que a luz percorreu é Y em comprimento aparente. Usando sua prática regra de slides, você calcula que a domesticação do musaranho deve chegar no momento Z.

Não aparece a tempo. Por quê? Lembre-se de que a luz teve que percorrer um caminho muito longo por causa da densidade do campo de gravidade, tornando a jornada mais longa. Quando aparece finalmente Que cor é essa? Ainda azul - isso não depende se o buraco negro estiver se afastando ou se aproximando - não há mudança para vermelho ou azul. (Estou sendo um pouco falso aqui, pois o comprimento de onda teria mudado um minuto para o vermelho - ele faz isso enquanto viaja, quanto mais ele muda, em parte devido a colisões com átomos flutuantes livres que absorvem e reemitem frequência mais baixa, por exemplo, o big bang (Muito quente) - a luz disso é de fato um comprimento de onda muito longo (o vermelho mudou para o extremo), mas o espaço está se expandindo, lembre-se: para resumir, a entropia não pode ser revertida.

O curioso é a distância que a luz viaja do ponto de vista do observador que disparou no laser, ele extrapolaria que as ondas de luz que continham o musaranho, uma vez que chegaram tão tarde, devem não apenas ter diminuído a velocidade, mas também se aproximado (azul mudou) - mas quando se trata do observador, tem a mesma cor de antes. (O espaço aumentou aparentemente, isso explicaria isso, não?)

Dizer que a gravidade retarda a luz é o mesmo que dizer que uma chaleira vigiada nunca ferve, ela tem um tipo de verdade a partir de um ponto de vista particular - um ponto de vista perceptivo.

Olhando para todo o universo, existem pontos quentes e frios visíveis, lugares com mais e menos matéria - isso pode ser observado. O problema que estamos tendo no momento é com matéria escura e energia escura.

Começamos com observações em nosso próprio sistema solar. Objetos distantes são todos medidos em relação um ao outro. Um grande número de observações é feito de muitos objetos, sua luminosidade, sua luminosidade agregada, seu desvio para vermelho ou azul - e, curiosamente, sua alteração no deslocamento para Doppler. Vários tipos diferentes de estrelas, pulsantes, estrelas que emitem radiação intensa, estrelas co-orbitando de todos os tipos, discos de acúmulo no centro das galáxias e suas temperaturas. Esse acúmulo de dados desde Copérnico, ou pelo menos desde o Renascimento foram montados, ajustando-se ao longo do caminho, levando em consideração as mudanças mundiais de paradigma, como a relatividade, e enormes avanços na resolução de nossas observações do universo, a partir de plataformas terrestres e espaciais (pensamos!