Yerçekimi, ışığın hızını etkilemez. Uzay-zaman geometrisini ve dolayısıyla ışığın yollarını etkiler. Ancak, bunun da benzer bir etkisi olabilir.

Işık $ S $ kaynağında, aksi yöne çok yakın olan devasa bir nesneyi $ M $ geçmek için yaydı ( M t orada) $ O $ gözlemciye giden düz yol, $ M $ "etrafında dolaşmak" zorundadır, bu da $ M $ yokluğunda düz yolu izlemekten daha uzun sürer. $ S $ 'dan $ O $' a ulaşan ışık $ S $ 'dan "düz" ($ M $ yokluğunda) $ O $ yönünde yayılmaz, ancak bu yönden biraz farklıdır, öyle ki "bükülme" $ M $ 'ın yerçekimi ile yolunun kesilmesi onu $ O $' a "saptırır".

Elbette, ışık asla eğilmez, ancak her zaman düz bir yol izler. Eğik olan şey, çarpıtıcı kütlelerin yokluğunda Öklid uzay-zamanına kıyasla uzay-zamandır (bakınız: jeodezik). Uzay zamanının dokusundaki bu bozulmaya yerçekimsel mercekleme denir.

Walter'ın dediği gibi, yerçekimi ışığı bükmez. Işık, belirli bir düz yol türü olan boş jeodezikler boyunca hareket eder. (Afin) jeodezikler tanım gereği yön değiştirmediğinden, geometrik olarak hafif yörüngeler düzdür. Dahası, uzay-zamanın kavisli olup olmadığına bakılmaksızın, boşluktaki ışığın hızı her eylemsiz çerçevede $ c $ 'dır, ancak kavisli uzay-zaman eylemsiz çerçeveler her zaman sadece yerel olabilir.

Ancak ne değişebilir? , ışığın koordinat hızıdır . Koordinatlar sadece uzay-zaman olayları için etiketler olduğundan, bu tamamen düz uzay-zamanda bile geçerlidir. Örneğin, Rindler koordinat grafiğinde, düz uzay zamanın Minkowski metriği $$ \ mathrm {d} s ^ 2 = - \ frac {g ^ 2x ^ 2} {c ^ 2} \, \ mathrm {d biçimini alır } t ^ 2 + \ underbrace {\ mathrm {d} x ^ 2 + \ mathrm {d} y ^ 2 + \ mathrm {d} z ^ 2} _ {\ mathrm {d} S ^ 2_ \ text {Euclid} } \ text {,} $$, burada $ g $ hızlandırma birimlerine sahiptir. Işık null ($ \ mathrm {d} s ^ 2 = 0 $) wordlines boyunca hareket ettiğinden, ışığın koordinat hızı $$ \ frac {\ mathrm {d} S} {\ mathrm {d} t} = \ frac {| gx |} {c} \ text {,} $$, pozisyona bağlıdır ve görünür bir olay ufku olduğu için 0 $ bile olabilir. Rindler koordinatlarında hareketsiz olan bir gözlemcinin gerçekten uygun ivmesi $ g $ vardır, bu nedenle düz uzay-zamanın Rindler şeması, "tek tip yerçekimi alanının" doğal bir benzeridir.

Eğer yerçekimi yönünü bükerse ışık, bu, yerçekiminin ışığı geciktirdiği anlamına mı geliyor, böylece daha yavaş bir hızda hareket ediyor?

Hayır, ama biz söyleyebileceğimiz şey bu. Zayıf, yavaş değişen yerçekimi alanları için, aşağıdaki metrik uzay zamanı Newton'un yerçekimi potansiyeli $ \ Phi $: $$ \ mathrm {d} s ^ 2 = - \ left (1 + 2 \ frac { \ Phi} {c ^ 2} \ right) c ^ 2 \, \ mathrm {d} t ^ 2 + \ left (1-2 \ frac {\ Phi} {c ^ 2} \ right) \, \ mathrm { d} S ^ 2 \ text {,} $$, çünkü ışığın koordinat hızını kolayca hesaplayabiliriz (yine $ \ mathrm {d} s ^ 2 = 0 $): $$ \ frac {\ mathrm {d} S} {\ mathrm {d} t} = c \ sqrt {\ frac {1 + 2 \ Phi / c ^ 2} {1-2 \ Phi / c ^ 2}} \ text {,} $$ Taylor-MacLaurin serisindeki karşılığını genişleterek, ışığın " sanki " bir kırılma indeksimiz $$ n = c \ frac { \ mathrm {d} t} {\ mathrm {d} S} \ yaklaşık 1 - 2 \ frac {\ Phi} {c ^ 2} + \ mathcal {O} \ left (\ frac {\ Phi ^ 2} {c ^ 4} \ right) \ text {.} $$

Işığın sadece koordinat hızıyla uğraştığımızı aklımızda tutarsak, o zaman evet, yerçekimi (daha ziyade yerçekimi potansiyeli ) ışığı geciktirir. Bunu düşünmenin başka bir yolu da şu şekildedir: olağan eylemsizlik koordinatlarında sıradan düz Minwkoski uzay-zamanıyla uğraştığımızı varsayarsak, o zaman ışığın yörüngelerini yeniden oluşturmak için yukarıdaki kırılma indisine sahip bir ortama ihtiyacımız var. Ama elbette bunu kelimenin tam anlamıyla almak meşru değildir, çünkü (1) metrik ışığın yayılmasından daha fazlasını etkiler ve (2) böyle bir yorum yerçekimsel kırmızıya kaymayı açıklamakta başarısız olur.

İkinci yaklaşım ahlaki açıdan Walter'ın cevabında anlatılana benzer, çünkü düz uzay-zaman ile varsayımsal bir karşılaştırmaya dayanır. Aradaki fark, Walter kütleçekim cisimlerinden uzakta neler olduğu hakkında konuşmakla kendimizi sınırlandırarak, kütleçekimsel kırmızıya kayma sorununu atlatabilir, ancak daha sonra herhangi bir yerel kırılma indisini atayamaz (artı tarafta, yaklaşımı zayıf, yavaşla sınırlı değildir)

Ve eğer yerçekimi ışık hızını etkiliyorsa, bu, en uzaktaki gözlemlenebilir nesneye olan uzaklık ölçümlerimiz hakkında ne söylüyor? 15 milyar ışık yılı boyunca tüm yerçekimi etkilerinin kendilerinin bile dışarıda olduğunu varsayabilir miyiz?

Kozmolojik modellerimiz, evrenin büyük ölçekte homojen ve izotropik olduğunu varsayar, bu varsayım, görebildiğimiz parçalarının gözlemleriyle desteklenir. Homojen ve izotropik bir evrende, ışığın içinden geçerken nasıl davrandığını açıklamak oldukça kolaydır. Yani hayır, yerçekiminin etkilerinin kendilerini dışarıda bile olduğunu varsaymamıza gerek yok - tersine, modellerimizin parametrelerine uyması için ışık üzerinde bu tür yerçekimi etkilerini kullanıyoruz.

Bu zor bir soru, özellikle teknik olmayan terimlerle açıklama yapmaya alışkın olmadığım için.

Üstten başlamak:

Şartlı olarak evet. Mümkün olan en boş uzayda - yıldızlar arasında değil, galaksiler arasında değil, galaksi aileleri arasında değil ..... galaksi süper kümeleri arasındaki en boş boşlukta, en hızlı olduğu yerde, yerçekimi en zayıf olanıdır.

Bunu yapmak için zamanınız ve güzel bir hedef kara delik olsaydı ve olay ufkuna mavi bir lazer attıysanız (diyelim ki tüm Shakespeare'in eserleri ve ardından Gutenberg projesinin geri kalanı) - öyle bir şekilde, tüm yol boyunca kayarak ve sonra ayın ilk yörüngesinde ayın bir sapanı gibi, sizin yönünüze geri dönecek şekilde, ne olurdu? Işığın rengi değişir miydi?

Işın olay ufkuna ne kadar yaklaşırsa uzay o kadar genişler - bu şekilde düşünün, o zaman ışık daha da ileriye gitmelidir ve aynı şekilde kara delik - olay ufkuna ne kadar yakınsa kuyu o kadar derin, alan o kadar gerilir ve ışığın dolaşması o kadar uzun sürer. Sizin bakış açınızdan, kara delik X uzaklıkta, ışığın izlediği yol görünen uzunlukta Y'dir. Kullanışlı hesap cetvelinizi kullanarak, farenin evcilleştirilmesinin Z zamanında gelmesi gerektiğini hesaplarsınız.

Zamanında ortaya çıkmaz. Neden? Yerçekimi alanı yoğunluğunun yolculuğu uzatması nedeniyle ışığın çok uzun bir yol kat etmesi gerektiğini hatırlayın. Nihayet ortaya çıktığında Ne renk? Hala mavi - bu, kara deliğin uzaklaşıp yaklaşmamasına bağlı değildir - kırmızı veya mavi kayma yoktur. (Dalga boyu bir dakikalık miktarı kırmızıya kaydıracağı için burada biraz samimiyetsiz davranıyorum - bunu ilerledikçe yapar, daha çok kayar, kısmen emen ve sonra yeniden yayan serbest yüzen atomlarla çarpışmalardan daha düşük frekans, örneğin, büyük patlama (Çok sıcak) - bundan gelen ışık gerçekten çok uzun dalga boyudur (kırmızı aşırıya kaymıştır) ancak uzay genişlemektedir. Özetle, entropi tersine çevrilemez.

Garip olan, lazeri vuran gözlemcinin bakış açısından ışığın kat ettiği mesafedir. Shrew'i içeren ışık dalgalarının, çok geç geldiklerinden, sadece yavaşlamakla kalmayıp, Birbirlerine daha yakın (mavi değişti) - ama gözlemciye geri döndüğünde, sadece eskisi gibi aynı renkte. ışık, izlenen bir çaydanlığın asla kaynamadığını söylemekle aynıdır, bir tür gerçeği vardır ona belirli bir bakış açısıyla - algısal bir bakış açısından.

Tüm evrene bakıldığında, görünür sıcak noktalar ve soğuk noktalar, giderek daha az madde içeren yerler vardır - bu gözlemlenebilir. Şu anda yaşadığımız sorun karanlık madde ve karanlık enerjiyle ilgili.

Kendi güneş sistemimizdeki gözlemlerle başladık. Uzak nesnelerin tümü birbirine göre ölçülür. Birçok nesne, parlaklıkları, toplam parlaklıkları, kırmızı veya mavi geçişleri ve ilginç bir şekilde Doppler kaymasındaki değişimleri hakkında çok sayıda gözlem yapılmıştır. Çeşitli farklı yıldız türleri, titreşen yıldızlar, sert radyasyon yayan yıldızlar, her türden birlikte yörüngede dönen yıldızlar, galaksilerin merkezindeki yığılma diskleri ve sıcaklıkları, Kopernik'ten bu yana veya en azından Rönesans'tan beri bu veri birikimi Görelilik gibi dünyayı değiştiren paradigma kaymalarını ve evren gözlemlerimizin kara ve uzay tabanlı platformlardan çözümlenmesindeki büyük ilerlemeleri dikkate alarak yol boyunca ayarlama yaparak (sanıyoruz!) hata tahminlerimizi yaptı. gitgide küçülen evrenin yaşına ilişkin hesaplamalarımızın marjı.