빛에 질량이 없으면 왜 중력의 영향을 받는가?

빛은 보편적으로 일정한 속도를 가지기 때문에 질량이있는 것들이하는 중력장에서는 빛이 가속되지 않습니다. 왜 그 예외입니까?

이 질문에 대답하는 또 다른 방법은 아인슈타인이 "행복한 생각"이라고하는 등가 원칙을 적용하는 것입니다. 동등성 원칙에 따르면 뉴턴이 중력장이라고 부르는 것에 동봉 된 상자 안에 있다면, 그 상자에서 일어나는 모든 것은 상자가 중력장에 있지 않고 대신 가속하는 것과 같아야합니다 . 따라서 공을 놓을 때 공이 중력에 의해 아래쪽으로 가속된다고 상상하거나 공이 위쪽으로 가속되어 있지만 공이 위쪽으로 가속되어 있다는 것을 상상할 수 있습니다. 지금 당장 바닥에서 느끼는 느낌을 포함하여 볼에없는 모든 주변 물체를 쉽게 감지 할 수 있습니다.

이 규칙이 주어지면 빛이 중력에 어떤 영향을 받는지 쉽게 알 수 있습니다. 레이저를 수평으로 비추는 것을 상상해보십시오. "왼쪽 뒤"참조 프레임에서, 우리는 어떻게되는지, 빔이 순차적으로 더 높은 지점에서 시작하여 상승 효과가 가속화되는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 빛의 유한 속도가 주어지면 빔의 모양이 아래쪽으로 구부러지는 것처럼 보이며 빔이 레이저의 반대편 상자 벽면의 지점에 부딪치지 않습니다. 따라서 이것은 또한 상자 내부에서 인식되는 것이어야합니다. 빔이 레이저를 가로 질러 직접 점에 부딪치지 않아야합니다. 아래쪽으로 곡선으로 나타납니다. 어고, 가벼운 "떨어지다."

실제로 이것은 동등성 원칙을 결정적으로 단순화 한 것입니다. 물질이 무엇인지 알 필요는 없습니다. 모든 물질은 물질에 아무 일도 일어나지 않기 때문에 "동일하게 떨어집니다". 실제로 힘이 있고 실제로 가속화되고 있습니다.

또한, 뉴턴의 중력에서도 질량이없는 물체는 질량이있는 물체와 "동일하게"떨어질 것이지만 그것이 한계를 가져야한다는 점은 흥미 롭습니다. 진공 상태에서 공을 떨어 뜨린 다음, 질량이 적은 볼을, 그 다음에는 더 낮은 스틸 질량을 넣으십시오. 모든 물체는 뉴턴의 중력에서 동일하게 떨어집니다. 따라서 단순히 제로 질량의 한계로 진행하면 해당 한계의 경로를 따라 차이가 나타나지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 뉴턴의 물리학은 빛의 속도를 올바르게 처리하지 않기 때문에 뉴턴의 중력은 중력의 빛의 궤도에 대한 정답을 얻지 못합니다.

질문에 접근 할 수있는 몇 가지 방법이 있습니다.

블랙홀은 충분히 집중된 질량에 의해 변형 된 공간 영역입니다. 광파 / 입자는 항상 일정한 속도 ( ) 로 직선으로 이동 합니다. 블랙홀에 접근하는 광자가 공간을 통해 직선으로 계속 이동하지만 공간 자체가 곡선이되어 광자의 경로가 곡선이됩니다.$c$

광자는 중력이있는 곳에서는 속도가 빠르지 않지만 다른 방식으로 영향을받습니다. 구체적으로, 중력 우물에 들어가는 광자는 청색으로 변속되고, 하나를 떠나는 광자는 적색으로 변한다. 이 빨강 / 파란 변속은 시간이없는 것보다 중력 내에서 느리게 통과하기 때문에 발생합니다. 그러나 모든 기준 프레임에서 빛의 속도는 일정하게 유지됩니다. 위키 에 이것 에 대한 더 많은 정보가 있습니다 .

^{참고 :이 질문은 원래 블랙홀과 관련이있었습니다. 위의 내용은 물질의 농도에 대한 것입니다 (블랙홀이 극단적 인 예입니다).}

TL; DR Light는 시공간 그리드와 IS의 중력 인 곡률을 따라 이동하기 때문에 중력의 영향을받습니다 . 이것은 블랙홀에서 매우 잘 보입니다.also: Einstein > Newton

"이벤트 호라이즌"을 통과하는 빛이 다시 빠져 나갈 수 없기 때문에 블랙홀은 검은 색입니다. 질량은 시공간의 "그리드"를 구부립니다. 2 차원 적으로 말하면 빛 은 시공간 격자의 바닥을 따라 이동하고 곡률을 따릅니다. 즉, 질량의 존재에 의해 생성 된 원뿔을 내려 가며 가장 짧은 경로를 따라 바깥으로 다시 이동합니다. 이것은 빛의 여행이 더 오래 걸리게 합니다. 블랙홀의 경우 상황이 더 극단적입니다. 블랙홀은 슈바르츠 실트 반경보다 작은 공간에 많은 물질이 쌓여있을 때 형성됩니다. 별이 빛나는 물체 의 슈바르츠 실트 반지름 은 질량에 의해서만 결정됩니다. 충분히 부패한 덩어리는 블랙홀로 변합니다.

r _s = 2 * G / 2 c
슈바르츠 실트 반지름 = 2* the gravitational constant / 2 * the speed of light.
로 그를 곱 Mkg에, 물체의 질량을 당신은 가지고 연구 _들 그 물질에 대한.

그러나 블랙홀이 어떻게 공간을 너무 많이 구부러 서 빛이 빠져 나가지 않게하는지 이해하려면 Schwarzschilds 방정식의 일부만 살펴 봐야합니다.

블랙홀을 이해하기위한 이미지를 페인트하기 위해, 우리는이 중간 부분이 필요 :
1) 2) 3) 4) 우리는 이미 설립 한 연구의 _의 특정 객체의 슈바르츠 실트 반경 인 등을, R은 별의 객체의 반경이다. 때 r은 작게된다 r에 _의 당신이 특이점 얻을 ¹ 과 이상한 물건이 작전의 질문에 가장 중요한 일이 시작의 시공간 곡률 블랙홀에서이 무한하게 (!)
즉, 어떤 시점에서든 이벤트 수평선과 교차하는 모든 조명은 블랙홀 깔때기를 가로 질러 이동 하는 데 무한한 시간 이 걸립니다 . 심지어는 그냥 이제까지 약간을 파고 사건의 지평선에 매우 평평한 각도로 집합 이론이 우리를 가르치고 있기 때문에, 손실 : 어떤 무한대의 부분 집합도 무한하다.

여기에 추가 비자가 있습니다 :
중력 시공간 원뿔 :

블랙홀의 중력 시공간 깔때기 :

1) 특이점 : 특이점은 기본적으로 미적분 / 대수 용어로, 0으로 나눌 때만 절대로하지 않습니다. 2D 특이점은 다음과 같습니다. f(x) = 1/x특이점은 x = 0의 중간에 있습니다.

3D 특이점은 / = 1, x = 1에서의 특이점 (Riemanns zeta 함수)과 유사합니다.

가속은 여기서 관련이 없습니다. 주어진 중력 우물에는 정의 가능한 탈출 속도가 있습니다. 속도가 우물을 빠져 나가는 것보다 입자가 빠를수록 입자는 느리지 않습니다. 블랙홀의 정의는 탈출 속도가 가벼운 입자의 속도 인 'c'를 초과하는 중력 우물 (구멍)입니다.

빛에 질량이 없으면 왜 중력의 영향을 받는가?

빛은 파도의 성질을 가지고 있기 때문에 중력장은 빛의 속도가 변하는 곳입니다. 빛이 아래쪽으로 휘어집니다. 소나 파가 바다에서 아래쪽으로 구부러지는 경향이 있습니다.

^{FAS와 미 해군의 이미지, 코스 ES310 20 장 참조}

빛은 보편적으로 일정한 속도를 가지기 때문에 질량이하는 것보다 가속도를 높이 지 않습니다. 왜 그 예외입니까?

내가 옳지 않아. 아인슈타인의 말을보십시오 :

1912 : 반면에, 나는 빛의 속도의 불변성 원리가 일정한 중력 전위의 시공간 영역으로 자신을 제한하는 한에만 유지 될 수 있다는 견해를 가지고있다”고 말했다.

1913 :“저는 빛의 속도가 중력 전위와 무관 한 것으로 간주되지 않는 결과에 도달했습니다. 따라서 빛의 속도의 불변성 원리는 동등성 가설과 양립 할 수 없습니다.”

1914 : "우리가 빛의 속도의 불변성을 가정하는 경우에는 우선권이없는 특권 좌표계가 존재합니다."

1915 :“이 노선의 저자는 빛의 속도의 불변성 원리가 포기되어야한다는 의미에서 상대성 이론이 여전히 일반화 될 필요가 있다는 의견이다.

1916 :“두 번째로, 우리의 결과는 일반 상대성 이론에 따르면 진공에서 빛의 속도의 불변성의 법칙이 특수 상대성 이론의 두 가지 기본 가정 중 하나를 구성한다는 것을 보여줍니다. 우리는 이미 자주 언급하고 있으며 무제한의 유효성을 주장 할 수 없습니다.”

1920 :“이 결과는 일반적인 상대성 이론에 따르면 중력장이있는 공간에서 빛 속도의 불변성 법칙이 더 이상 유지되지 않음을 보여줍니다. 단순한 기하학적 고려 사항에서 알 수 있듯이 광선의 곡률은 빛의 속도가 공간적으로 변할 수있는 공간에서만 발생합니다.”

아인슈타인은 또한 “중력장에 의한 광선의 굴절”에 대해서도 언급했다 . 그래서 뉴턴은 보았는가 Opticks이 : 20 조회 도에 의해 밀도와 밀도가 증가, 빈 공간 및 기타 소형 조밀 한 몸, 물, 유리, 크리스탈의에서 통과하지이 aethereal 매체를 하느냐 "에 의해 그의 광선을 굴절 의미 빛이 한 점이 아니라 곡선으로 점진적으로 구부려서?” 이것은 실제로 굴절이며 중력 렌즈는 적절한 문구입니다. 또한 어디에서나 빛의 속도가 동일합니까? 의 GR 섹션을 참조하십시오 . 편집자 Don Koks의 PhysicsFAQ 기사입니다. 그는 아인슈타인과 굴절에 대해 이야기하고 다음과 같이 말합니다."빛이 바닥에서 천장으로 올라갈 때 속도가 빨라지고 천장에서 바닥으로 내려갈 때 속도가 느려집니다. 길을 늦추거나 내리는 공이 아닙니다." 흥미롭지 않습니까?

많은 사람들이 빛의 곡선이 "시공간의 곡률을 따르기 때문에" 곡선 이라고 말하지만 그것은 옳지 않습니다. 시공간 곡률은 중력이 아닌 조력과 관련이 있습니다. 빛의 속도 와 세부 사항 및 참고 자료에 대한 중력 작동 방식에 대한 내 "물리 탐정"기사를 참조하십시오.