¿La gravedad afecta la velocidad de la luz?

Esta pregunta es más complicada de lo que parece. Simplemente decir “no” no es una respuesta muy útil. Después de todo, se dice que debido a la expansión del universo, hay algunas galaxias distantes que se alejan de nosotros más rápido que la velocidad de la luz . Ahora, en realidad no pueden moverse más rápido que la luz misma, porque se supone que las leyes de la física allí son las mismas que las leyes de la física aquí, eso significa que si la luz misma se emite desde una galaxia tan lejana, lejos de nosotros, esa luz viajará más rápido que la galaxia misma, que a su vez viajará más rápido que c . Y si ese es el caso, entonces la velocidad de la luz no es realmente constante, ¿verdad?

¿Y qué hay de la luz muy cerca del horizonte de eventos de un agujero negro? Sabemos que, en teoría, se supone que la luz emitida hacia afuera justo en el horizonte de eventos tarda una cantidad infinita de tiempo en escapar (desde el punto de vista de un observador externo). Está “atascado” en el horizonte de eventos. (Pero un observador que cae en el agujero tiene una visión diferente: para ellos, la luz de hecho viaja hacia afuera en c, pero el horizonte de eventos también se expande a la velocidad c).

Para comprender lo que está sucediendo, necesita saber un poco sobre la relatividad especial y general.

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Comencemos con algo muy básico. La velocidad es la distancia en el tiempo. Por lo tanto, para calcular la velocidad de algo, necesita un sistema de coordenadas, para poder medir el espacio y el tiempo. La relatividad general se trata, en cierto sentido, de sistemas de coordenadas. Eso es lo que hace que esta pregunta sea tan interesante.

Permíteme darte un ejemplo de cómo medir coordenadas para que la velocidad de la luz no parezca constante. Digamos que comenzamos en un sistema de coordenadas o marco , que denotaremos por K , en el que la velocidad de la luz es numéricamente igual a 1. Cada punto recibe las coordenadas (ct, x, y, z). Luego realizamos un cambio de coordenadas en un nuevo marco, K ‘. Un punto con coordenadas (ct, x, y, z) en K recibe las coordenadas (ct ‘, x’, y ‘, z’) en K ‘, donde

ct ‘= ct
x ‘= x
y ‘= y
z ‘= A exp (z / B)

donde A y B son constantes con las unidades de longitud.

Ahora imagine que en K , la luz viaja directamente “hacia arriba” durante un intervalo de tiempo infinitesimal, desde el punto de partida (0, 0, 0, z) a (c dt, 0, 0, z + c dt). En K ‘, se observará que la luz viaja desde (0, 0, 0, A exp (z / B)) hasta (c dt, 0, 0, A exp ((z + c dt) / B)). Por lo tanto, la velocidad instantánea en el nuevo marco se obtiene diferenciando z ‘con respecto a z:

v ‘= dz’ / dt ‘= c dz’ / (c dt ‘) = cA / B exp (z / B) = cz’ / B

En otras palabras, en K ‘, ¡cuanto más arriba estás, más rápida aparece la velocidad de la luz cuando la luz apunta directamente hacia arriba! Si apunta la luz hacia arriba, aparentemente acelerará . Pero si apunta la luz hacia abajo, entonces se acercará a z = 0 asintóticamente. Si apuntas la luz en las direcciones x o y, su velocidad es simplemente

v ‘= c.

Entonces, en K , se suponía que la propagación de la luz era homogénea e isotrópica, pero en K ‘, ¡tampoco lo es!
Ahora, podría objetar que es tonto e irrazonable usar un sistema de coordenadas como K ‘, y, en relatividad especial, estaría en lo cierto . Ahora estamos entrando en el corazón de la relatividad especial. Desafortunadamente, este problema no se explora a menudo con cuidado, pero es crucial para comprender lo que realmente significa cuando decimos “la velocidad de la luz es constante en la relatividad especial”. Para este importante postulado de la relatividad especial se utiliza para predecir fenómenos reales y medibles , como la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud. Si estos fenómenos realmente muestran un acuerdo preciso con la relatividad especial, entonces eso implica que la velocidad de la luz realmente es constante; y eso a su vez implica que hay algo que nos impide usar marcos no inerciales como K ‘.

K ‘no es un marco de referencia razonable porque no es el marco de referencia natural para un observador en caída libre en espacio plano [1]. Para mí, como observador, la suposición natural sería que puedo medir el espacio usando los medidores y puedo medir el tiempo con un reloj. Así que llevo conmigo palos de tres metros, y los oriento para que sean mutuamente perpendiculares. Luego declaro que mi posición es el origen (recuerde, en mi marco de referencia, me considero estacionario) y asigno coordenadas a los puntos cercanos a mí usando estos palos de tres metros como mis ejes de coordenadas. Para asignar coordenadas a puntos lejanos, en principio, podría establecer una red tridimensional de palos medidores idénticos en todo el espacio, con palos de seis metros incidentes sobre cada punto de la red. Luego tomo un montón de relojes sincronizados idénticos y adjunto cada uno a un punto en la red. [2] Aquí hay un diagrama de Spacetime Physics de Taylor and Wheeler:

Ahora puedo medir el tiempo y el espacio en todas partes: las coordenadas del espacio están determinadas por la cantidad de metros que tienes que atravesar para llegar a un punto, en cada dirección, y el tiempo está determinado por la lectura del reloj en el punto donde ocurre un evento ocurre.

Cuando defino mi sistema de coordenadas de esta manera “natural”, comenzando en caída libre en el espacio plano, enviando señales de luz de un punto a otro, puedo determinar experimentalmente que la velocidad de la luz es independiente del punto fuente, la inicial tiempo, el punto de destino, el tiempo final, la dirección de viaje, el movimiento de la fuente y el movimiento del detector. En otras palabras, el cuadro que construiré “naturalmente” será un cuadro similar a K , no a K ‘.

Los tratamientos estándar de la relatividad especial le piden que continúe imaginando un impulso. Lo que esto básicamente significa es que agarras un montón de palos y relojes de metro, y quemas un poco de combustible para cohetes por un momento, por lo que ahora tienes una velocidad constante en relación con el origen (como se ve en el cuadro K ). Aunque se está moviendo en relación con el cuadro K , un observador siempre se considera quieto, por lo que puede imaginarse construyendo una red de medidores y relojes a su alrededor, donde se considera que está en el origen. Una vez hecho esto, encontrará la misma velocidad constante de luz que antes, cuando estaba en el cuadro K. Ese es un hecho experimentalmente observable y el postulado básico de la relatividad especial. De esto derivamos dilatación del tiempo, contracción de la longitud, etc.

La relatividad especial le promete que podrá construir un marco como K de forma natural y que tendrá una velocidad constante de la luz; y, además, si comienzas en reposo en un cuadro de este tipo y luego aceleras para tener una velocidad constante en relación con él, y construyes tu nuevo cuadro de la manera natural, también tendrá una velocidad de luz constante. Todo depende de que los marcos se construyan de esta manera; Como señalé anteriormente, un cuadro como K ‘ no tiene una velocidad constante de la luz. Como ya sabrás, los marcos como K se llaman marcos inerciales. La velocidad de la luz es constante en cuadros inerciales. No en cuadros como K ‘, que no son inerciales. Solo en marcos inerciales.

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La construcción de un marco inercial en relatividad especial depende del espacio plano, que es, por supuesto, porque la relatividad especial no es una teoría de la gravitación. Y las pequeñas regiones del espacio-tiempo son de hecho casi planas, a menos, por supuesto, que estén cerca de agujeros negros u otros cuerpos muy densos. Es por eso que la relatividad especial es una teoría útil. Es lo suficientemente bueno para nuestros experimentos de física de partículas, algunos de los cuales son los experimentos más precisos realizados hasta la fecha.

Hemos visto que en el espacio-tiempo plano, siempre hay un marco inercial, un marco en el que la velocidad de la luz es globalmente constante. Y, de hecho, tiene sentido usar dicho marco para hacer la física, porque es el marco “natural” para un observador libre en el espacio-tiempo plano, mientras que los marcos no inerciales (cuadros de aceleración) son los marcos naturales para observadores acelerados, y no se supone que los observadores libres en el espacio-tiempo plano estén acelerando. Y podemos hacer que la velocidad coordinada de la luz parezca no constante usando un marco extraño, pero es solo debido a la rareza del marco.

Ahora imagine que es un observador que cae libremente en el espacio-tiempo curvo. Caer libremente significa que no estás bajo la influencia de ninguna fuerza no gravitacional . Tenga en cuenta que los astronautas en la Estación Espacial, en órbita alrededor de la Tierra, caen libremente, por lo que el interior de la Estación Espacial parece un marco inercial, y los objetos arrojados parecen viajar en línea recta. (La razón por la cual las fuerzas gravitacionales son especiales es el principio de equivalencia: cada objeto siente la misma cantidad de aceleración gravitacional, independientemente de su masa o composición).

Lo que sucederá si intenta seguir el mismo procedimiento para construir un marco inercial (ensamblar una cuadrícula con palos de medición idénticos y relojes idénticos) es que algo va a salir mal . Es posible que los ángulos de un cuadrilátero no se sumen a 360 grados, por lo que nuestro intento de construir una red cúbica de palos de metro se frustraría. O podríamos ser capaces de configurar la red, ¡pero los relojes en diferentes puntos funcionarían a diferentes velocidades!

En una pequeña región de espacio-tiempo estarías bien. Pero cuanto más grande es la región, más desviación observaría de la planitud y mayor variación observaría en la velocidad de la luz. Dado que no hay forma de alinear todos los palos del medidor y mantener todos los relojes sincronizados, no existe un marco “natural” para usar, ya sea que esté cayendo o actuado libremente por una fuerza (no gravitacional); su elección de un marco será, en efecto, una asignación arbitraria de coordenadas a puntos. Y entonces está claro que la velocidad de la luz no puede ser globalmente constante; Simplemente no tiene sentido tal afirmación ya que puede usar el sistema de coordenadas que desee, y cualquiera que sea la velocidad de la luz en un cuadro, será diferente en otro. [3] La incapacidad de construir un marco “natural”, y la incapacidad de encontrar un marco en el que la velocidad de la luz sea globalmente constante, forman la esencia del concepto de curvatura espacio-tiempo.

Y es por eso que las galaxias distantes parecen alejarse de nosotros más rápido que la velocidad de la luz: el universo es curvo y es tan grande que los efectos de la curvatura son significativos. Las galaxias pueden caer individualmente libremente y, sin embargo, alejarse cada vez más, eso solo puede suceder en un espacio-tiempo curvo. [4] Y si la velocidad de la luz es c cuando la luz que se observa está cerca, entonces no podemos esperar que sea c para objetos muy, muy lejos, tan lejos que la curvatura ya no se pueda descuidar. Esas galaxias no viajan más rápido que la luz, ya que la luz misma que viaja en la misma dirección estaría viajando incluso más rápido que las galaxias. Simplemente no es posible construir un marco de referencia en el que la velocidad de la luz sea globalmente constante en todo el universo.

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Sin embargo, ¿hay algún sentido en el que la velocidad de la luz sea constante incluso en un campo gravitacional? Sí lo hay Para un colector curvo siempre se ve plano si se acerca lo suficiente; y, de la misma manera, el espacio-tiempo curvo parece plano si restringe su atención a una región suficientemente pequeña. [5] Es por eso que la curvatura del universo no se nota en nuestros laboratorios aquí en la Tierra.

Por supuesto, cuando me paro en la superficie de la Tierra, noto la curvatura debida al campo gravitacional de la Tierra, ya que cuando libero una manzana del reposo, se cae hacia abajo. Para que el espacio-tiempo parezca plano, su marco de referencia debe ser de caída libre, como la Estación Espacial (considerada anteriormente). Cuando un astronauta en la Estación Espacial libera una manzana del reposo, la manzana parece estar estacionaria. Por supuesto, desde el marco de referencia de la Tierra, la manzana está realmente en órbita, pero la adopción del marco de referencia de la Estación Espacial hace que el espacio parezca localmente plano.

Cuando caes libremente y llevas un montón de diminutos palos y relojes, puedes construir un marco de referencia casi inercial en tu vecindad inmediata. Y cuando haga eso , observará que la propagación de la luz es casi homogénea e isotrópica, justo en su vecindad inmediata.

Matemáticamente, la luz se propaga a lo largo de geodésicas nulas. Una geodésica nula es una curva a cada parte de la cual se le asigna una longitud cero por la métrica. En ecuaciones,
[matemáticas] g _ {\ mu \ nu} u ^ \ mu u ^ \ nu = 0 [/ matemáticas]
En el espacio-tiempo plano, la métrica viene dada por diag (+1, -1, -1, -1), y eso implica que cuando la luz viaja en un pequeño incremento [math] \ mathrm {d} (ct) [/ math] en la dirección del tiempo, las distancias espaciales [math] \ mathrm {d} x, \ mathrm {d} y, \ mathrm {d} z [/ math] deben satisfacer
[matemática] (\ mathrm {d} (ct)) ^ 2 – (\ mathrm {d} x) ^ 2 – (\ mathrm {d} y) ^ 2 – (\ mathrm {d} z ^ 2) = 0 [/matemáticas]
que dice que la luz viaja a la velocidad c .
Si la métrica no es la métrica de Minkowski, es posible encontrar una transformación de coordenadas que proporcione un marco de inercia local , en el que la métrica tenga la forma diag (+1, -1, -1, -1) en el origen ( ubicación del observador) y en puntos cercanos (las derivadas parciales de los componentes métricos desaparecen). En dicho marco, la ecuación anterior se mantendrá cerca del origen. Tenga en cuenta que en ese marco, dado que el observador ve la métrica plana cerca, el observador no ve necesariamente ningún efecto gravitacional local, lo que solo es posible si el observador está cayendo libremente.

Y así, la velocidad de la luz es localmente constante en presencia de la gravedad, que es solo otra forma de decir que el espacio-tiempo curvo se parece al espacio-tiempo plano de la relatividad cuando acercas lo suficiente y caes libremente. Pero tan pronto como esa luz se aleja significativamente, ya no puede contar con que su velocidad de coordenadas sea la misma.

[1] es decir , no actuado por ninguna fuerza, gravitacional o de otro tipo.
[2] Tenga en cuenta que para evitar los efectos de la dilatación del tiempo, los relojes deben moverse muy lentamente a sus destinos.
[3] Si, de hecho, lograste encontrar un marco en el que la velocidad de la luz es globalmente constante, entonces, por definición, el espacio-tiempo en el que estás es realmente plano, y acabas de comenzar con un extraño sistema de coordenadas en el primer lugar para que no te parezca plano.
[4] NB Entonces, la expansión del universo es realmente una manifestación de la forma particular en que nuestro universo se curva.
[5] Una consecuencia es que la suma de los ángulos de un triángulo en el espacio curvo se acercará cada vez más a 180 grados a medida que el triángulo se hace más y más pequeño.

El anuncio más impactante hecho por el Instituto Albert Einstein (actúa como el rostro de Medusa la Gorgona: al verlo, muchos einsteinianos se petrifican y permanecen así durante mucho tiempo):

http://www.einstein-online.info/ …
Instituto Albert Einstein: “Una de las tres pruebas clásicas para la relatividad general es el desplazamiento al rojo gravitacional de la luz u otras formas de radiación electromagnética. Sin embargo, en contraste con las otras dos pruebas, la desviación gravitacional de la luz y el desplazamiento del perihelio relativista, usted no es necesario relatividad general para derivar la predicción correcta para el desplazamiento al rojo gravitacional. Una combinación de gravedad newtoniana, una teoría de partículas de la luz y el principio de equivalencia débil (masa gravitacional es igual a la masa inercial) es suficiente (…) El desplazamiento al rojo gravitacional se midió primero en la tierra en 1960-65 por Pound, Rebka y Snider en la Universidad de Harvard … ”

Qué significa eso? El experimento de Pound-Rebka es compatible con la predicción (de la teoría de la emisión de luz de Newton) de que, en un campo gravitacional, la luz cae con la misma aceleración que los cuerpos que caen ordinarios, y esta variación de la velocidad de la luz, no la dilatación del tiempo gravitacional fabricado por Einstein en 1911, produce el desplazamiento al rojo gravitacional? Los inteligentes Einsteinianos saben que ese es exactamente el caso:

http://www.amazon.com/Relativity …
Banesh Hoffmann: “En un laboratorio de cielo acelerado, y por lo tanto también en el laboratorio de tierra correspondiente, la frecuencia de llegada de pulsos de luz es menor que la frecuencia de los relojes superiores a pesar de que TODOS LOS RELOJES TIENEN LA MISMA VELOCIDAD. (…) Como resultado, el experimentador en el techo del laboratorio del cielo verá con sus propios ojos que el reloj de piso está yendo a una velocidad más lenta que el reloj de techo, aunque, como he enfatizado, ambos están yendo a la misma velocidad. …) EL CAMBIO ROJO GRAVITACIONAL NO SE PRODUCE POR CAMBIOS EN LAS TASAS INTRÍNSECAS DE RELOJES. Surge de lo que sucede a las señales de luz cuando atraviesan el espacio y el tiempo en presencia de gravitación ”

http: //courses.physics.illinois …
Universidad de Illinois en Urbana-Champaign: “Considere un objeto que cae. SU VELOCIDAD AUMENTA A medida que cae. Por lo tanto, si asociamos una frecuencia con ese objeto, la frecuencia debería aumentar en consecuencia a medida que cae a la tierra. Debido a la equivalencia entre masa gravitacional e inercial, DEBEMOS OBSERVAR EL MISMO EFECTO PARA LA LUZ. Entonces, hagamos brillar un haz de luz desde la parte superior de un edificio muy alto. Si podemos medir el cambio de frecuencia a medida que el haz de luz desciende del edificio, deberíamos poder discernir cómo la gravedad afecta a un rayo de luz que cae. Esto fue hecho por Pound y Rebka en 1960. Brillaron una luz desde la parte superior de la torre Jefferson en Harvard y midieron el cambio de frecuencia. El cambio de frecuencia fue pequeño pero de acuerdo con la predicción teórica. ”

Pentcho Valev

Depende de quién hace la pregunta, es decir, quién observa este efecto, pero en general sí.

La velocidad de la luz es constante localmente en el vacío , por lo que todos los observadores deben ver las ondas electromagnéticas cercanas que viajan a esta velocidad ([matemática] \ Delta x = c \ cdot \ Delta t [/ matemática]). Para evitar variaciones locales en el campo gravitacional que también lo afectan, generalmente se escribe en su forma infinitesimal ([math] ds = c \ cdot dt [/ math]). Según el retraso de Shapiro, el retraso adicional puede observarse cuando un haz electromagnético se acerca / abandona bien la gravedad, es decir, se ve afectado por los cambios en el “potencial” del campo gravitacional.

Para describirlo intuitivamente, observe aquí que hay más espacio local según el observador local en el pozo de gravedad que ese mismo espacio según un observador externo, a fin de preservar la “planitud” del sistema de coordenadas utilizado por el observador externo (cómo ¿Describir este espacio adicional en nuestro sistema de coordenadas?), tenemos que comprimir (distorsionar, deformar) las coordenadas utilizadas por el observador local cuando se asignan a nuestro sistema de coordenadas “plano”. El haz electromagnético tiene que pasar más espacio en el pozo de gravedad localmente, por lo que afuera lo vemos como un retraso en su propagación, es decir, una velocidad de la luz más lenta.

Erm … sí.

Afecta la velocidad de la luz, pero no de la manera que imaginas. La velocidad de la luz es constante; siempre permanece igual. Siempre.

Pero si la velocidad de la luz es constante, ¿cómo la afecta la gravedad?

Lo afecta de la misma manera que el vidrio y el agua afectan la luz. El vidrio y el agua no cambian la velocidad real de las luces, sino que proporcionan un camino mucho más largo para llegar a un destino. El vidrio y el agua son mucho más densos que el aire y, por lo tanto, la luz interactuará con muchas más partículas de lo que lo haría en el vacío (sin medio) o con el aire. A medida que “choca” con más partículas (más bien se absorbe y se vuelve a emitir, pero esa es una respuesta totalmente distinta), lleva más tiempo llegar a su destino, debido a todas las interacciones.

Si una fuente de luz está tratando de llegar del punto A al punto B, lo hace en línea recta. Pero si coloca un objeto masivo cerca del camino de las luces, la gravedad del objeto afectará la luz, ya que distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor; creando un camino más largo entre los 2 puntos, por lo que la luz tardará un poco más en llegar al punto B. Dado que medimos la velocidad en el tiempo que tarda un objeto en llegar a un punto, la “velocidad” de las luces se verá afectada, sin realmente afectando la velocidad de la luz.

Localmente, es decir, en vecindarios infinitamente pequeños, la velocidad de vacío de la luz permanece constante [matemática] c [/ matemática].

Sin embargo, como lo observa un observador distante, aumenta el tiempo que tarda la luz en viajar entre dos puntos. Este retraso, [math] \ Delta t [/ math], se conoce como el retraso de Shapiro, y cerca de una fuente gravitacional, como el Sol, se da aproximadamente por

[matemáticas] \ Delta t = \ displaystyle \ frac {l} {c} \ ln \ frac {r_1 + r_2 + r_ {12} + l} {r_1 + r_2-r_ {12} + l} [/ matemáticas],

donde [math] r_1 [/ math] y [math] r_2 [/ math] son ​​la distancia de los puntos de emisión y detección desde la fuente, [math] r_ {12} [/ math] es la distancia entre esos dos puntos , y [matemáticas] l = GM (1+ \ gamma) / c ^ 2 [/ matemáticas] donde [matemáticas] G [/ matemáticas] es la constante gravitacional de Newton, [matemáticas] M [/ matemáticas] es la masa fuente, y [math] \ gamma [/ math] es uno de los llamados parámetros de Eddington, con [math] \ gamma = 1 [/ math] para la relatividad general, pero posiblemente con valores diferentes para teorías alternativas de la gravedad. (De hecho, el retraso de Shapiro es una de las formas en que las teorías gravitacionales pueden ser probadas contra la observación).

Y como un ejemplo más extremo, puede tomar una cantidad infinita de tiempo (medido por un observador distante) para que la luz salga del pozo de gravedad de un agujero negro a medida que el emisor se acerca al horizonte de eventos a pesar de que, una vez más , localmente, la velocidad de vacío de la luz es siempre [matemática] c [/ matemática].

Una fuerza en realidad cambia el impulso de una partícula. Para los objetos con los que estamos familiarizados, el momento es solo velocidad por masa, por lo que pensamos que las fuerzas cambian la velocidad de una partícula por la ecuación familiar F = ma. Sin embargo, esa relación es en realidad solo una aproximación que solo funciona bien cuando podemos ignorar los efectos relativistas.

Al aplicar una fuerza sobre la luz, puede aumentar o disminuir su impulso, pero cambiar el impulso de la luz no cambia su velocidad. En cambio, al cambiar el impulso de la luz, cambiarás su energía y frecuencia (color).

Como resultado, si ilumina la luz desde la parte superior de una torre, su frecuencia será mayor cuando llegue al fondo, pero el efecto será demasiado pequeño para medirlo a menos que sea muy inteligente.

¿La gravedad afecta la velocidad de la luz?

En mi mente, el espacio mismo es el éter por el que viaja la luz. Creo que el espacio se crea en la materia y eso crea la fuerza de la gravedad. Se necesita más tiempo para atravesar un espacio mayor, por lo que la gravedad o la compresión del espacio afectan la velocidad de la luz.

Si hay más espacio para atravesar en un pozo de gravedad, se necesitaría un fotón de luz un intervalo de tiempo más largo para cruzar una distancia. Todavía se puede decir que la luz siempre viaja a la misma velocidad pero es limitada debido al espacio que necesita para atravesarla.

Si y no.

La velocidad de la luz en el espacio libre es siempre c (2.99792458 m / s). Si mide la velocidad de la luz localmente, esa es la velocidad que obtendría. Entonces sí, la velocidad de la luz es constante, incluso en un campo gravitacional.

Pero, si mide la velocidad de la luz desde una distancia, entonces esa velocidad se percibirá como menor que c debido a la presencia de un campo gravitacional. Nuestras mediciones tendrían que tener en cuenta la curvatura del espacio-tiempo para nuestra ubicación particular, que es mucho más fácil decirlo que hacerlo.

Asumir que la gravedad debería afectar la velocidad de la luz probablemente se deriva de la suposición de que la fuerza de la gravedad (o cualquier fuerza) cambia la velocidad. Esto no es del todo cierto, ya que se define con mayor precisión como la tasa de cambio de momento. En un campo gravitacional, el momento de la luz se altera (lo que resulta en luz de diferentes frecuencias y energías), pero su velocidad no.

Ni la velocidad ni la velocidad cambian (los cambios de velocidad no son una buena respuesta porque, obviamente, la velocidad cambia cuando algo se mueve en un espacio curvo, la dirección sigue cambiando). La luz está hecha de fotones sin masa y la gravedad afecta a las cosas que tienen masa. (LIGO usó esta propiedad de la luz para detectar ondas de gravedad el año pasado). Pero la pregunta es ¿cómo la luz es absorbida por los agujeros negros o cómo se dobla cuando pasa alrededor de un objeto masivo?

La respuesta es clara como el cristal. GEOMETRÍA ESPACIAL. La gravedad afecta el ESPACIO ESPACIAL y, como saben, alrededor del objeto masivo ESPACIO TIEMPO tiene curvatura y la luz solo sigue esta curvatura. la luz siempre sigue la distancia más corta entre los lugares y en un espacio curvo la distancia más corta se llama GEODESIC (significa que la luz va en línea recta pero la línea recta en el espacio tallado es una línea curva). Los agujeros negros son la causa de las singularidades en el espacio-tiempo. Para recapitular, en este punto de vista (relatividad general), la gravedad no es un tipo de fuerza que afecte a nada, aunque es solo la curvatura en el espacio-tiempo de la que nada puede escapar.

Espero que te haya sido útil

Esta pregunta es más sutil de lo que parece.

En GR, la velocidad de la luz solo es localmente igual a C, y nosotros (aproximadamente) los observadores de Schwarzschild sí vemos que la velocidad de la luz cambia a medida que la luz se mueve hacia o desde un agujero negro (o cualquier pozo de gravedad).

Famosamente, la velocidad que viaja la luz que se mueve radialmente cae a cero en el horizonte de eventos. Entonces, la respuesta a su primera pregunta es que sí, la gravedad ralentiza la luz que nos llega desde el Sol.

Para ser más precisos sobre esto, podemos medir el radio r de Schwarzschild midiendo la circunferencia de una órbita circular alrededor del Sol y dividiendo por 2π.

También podemos medir la circunferencia del Sol y calcular su radio, y a partir de estos valores calcular la distancia desde nuestra posición hasta la superficie del Sol. Si hacemos esto, encontraremos que la velocidad promedio de la luz en esta distancia es menor que c.

Sin embargo, supongamos que medimos la distancia a la superficie del Sol con una cinta métrica (larga). Obtendríamos un valor mayor que el calculado en el párrafo anterior, y si usamos esta distancia para calcular la velocidad de la luz que nos llega desde el Sol, obtendríamos una velocidad promedio de c.

Así que supongo que la única respuesta precisa a su pregunta es: depende de su marco de referencia.

Según tengo entendido, la gravedad no afecta la velocidad de la luz, afecta el espacio-tiempo mismo .

La velocidad de la luz en el vacío viene dada por la famosa ecuación:

Tenga en cuenta que esta ecuación no menciona la gravedad, las dos constantes son propiedades de espacio-tiempo mismo . La gravedad distorsiona el espacio, lo estira o lo encoge, la luz que pasa a través de esta distorsión cubre más o menos distancia de manera efectiva, pero debido a que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores, independientemente de su marco de referencia, percibimos el tiempo a diferentes velocidades.

Mi comprensión puede estar equivocada, y espero que físicos entrenados me corrijan si es así, pero parece que el gradiente de gravedad local es responsable de la distorsión del espacio, en el horizonte de eventos de un agujero negro, el gradiente se vuelve ‘infinito’, haciendo que el espacio-tiempo se extienda infinitamente y evitando así que la luz complete su viaje, deteniéndolo efectivamente ‘en su lugar’.

La gravedad no debe verse como una fuerza sobre la luz, debe verse como la geometría de fondo del espacio-tiempo. La velocidad de la luz es globalmente constante si consideramos solo la métrica de Minkowski, pero no es el caso en la métrica de Schwarzschild, es decir, si consideramos la curvatura. La velocidad es una idea bastante vaga, depende de cómo dibuje su coordenada, puede cambiar el nombre de “1 metro” por “10 metros” simplemente multiplicando por 10 en sus coordenadas x, y, z. Lo que es invariante para la luz es que la luz siempre viaja a lo largo de la línea mundial que tiene una “distancia” que se desvanece definida por la métrica correspondiente, es decir, [matemática] ds ^ 2 = 0 [/ matemática]. (en el espacio Minkowski, es [matemática] ds ^ 2 = dt ^ 2-dr ^ 2 = 0 [/ matemática], lo que significa, [matemática] (dr / dt) ^ 2 = 1 [/ matemática], a saber, [matemáticas] v = c = 1 [/ matemáticas]). La luz puede “ralentizarse” o “acelerarse” si la ve desde lejos, por ejemplo, cuando (en la tierra) ve un rayo de luz cerca del horizonte de eventos de un agujero negro de Schwarzschild, básicamente se detiene desde su punto de vista.

Espero que eso ayude a su comprensión.

Este tipo de pregunta fue respondida antes, la gravedad en la relatividad general es una curvatura del espacio-tiempo, no como la fuerza de Newton, la velocidad de la luz nunca cambia, como la cantidad, pero la luz se dobla debido a la curvatura del espacio-tiempo al pasar por un objeto masivo como el sol, entonces su dirección cambia, lo que significa que su velocidad como vector cambia.

Como se demostró experimentalmente y asumió por la teoría de la relatividad, la “velocidad de la luz en el vacío” es constante. Sin embargo, es bien sabido que la “velocidad de la luz en general” no es constante ; la luz viaja a diferentes velocidades en diferentes medios.

La dispersión de la luz debido a átomos y electrones cambia el índice de refracción del medio y, por lo tanto, cambia la velocidad de la luz en ese medio. Del mismo modo, fuerzas gravitacionales lo suficientemente fuertes pueden conducir a dispersiones de luz y cambiar el índice de refracción del medio galáctico y, por lo tanto, cambiar la velocidad de la luz a nivel galáctico. Sin embargo, no es probable que estos cambios sean significativos y pueden ignorarse para la mayoría de los propósitos.

la gravedad no ejerce fuerza sobre la luz. Las fuerzas gravitacionales doblan el tejido espacio-temporal. Dado que los rayos de luz viajan solo en el espacio, también van a lo largo del espacio curvo y parece que la luz se ha doblado mientras que su medio de viaje lo ha hecho.

Toma esta foto como ejemplo. La luz de una estrella distante viaja hacia nosotros. El espacio alrededor del sol es curvo debido a sus fuerzas gravitacionales. La luz recorre este camino curvo. Por otra parte, el espacio se curva debido al campo de gravedad de la tierra. Como no podemos ver la curva en el espacio-tiempo, parece que la luz misma se ha doblado.

La gravedad no afecta la velocidad de la luz.

La velocidad de la luz es la misma para todos los observadores.

Este es el hecho central de la Relatividad Especial, y nada en Relatividad General o Mecánica Cuántica crea una excepción a esa regla.

Sin embargo, la gravedad afecta la luz de dos maneras:

1. La luz que pasa una masa se “dobla” hacia esa masa (en lugar de ir en lo que llamaríamos una “línea recta” en un espacio completamente sin tensión).
2. Se verá que la luz que entra dentro de un “pozo de gravedad” tiene una longitud de onda más larga (desplazamiento hacia el rojo), tal como sucede con la luz proveniente de un objeto que se aleja del observador. La luz observada por alguien en un pozo de gravedad se considera que tiene una longitud de onda más corta (desplazamiento azul), al igual que con la luz proveniente de un objeto que se mueve hacia el observador.

Pero la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores.

Sí … Si eres segundo y los apellidos son agujero negro. Si está de acuerdo en que la gravedad, o “dinamo electromagnético”, es la fuerza en un agujero negro, seguramente el agujero negro está manipulando toda la materia con una fuerza igual o mayor que la velocidad de la luz. La velocidad de los fotones sin masa no es mayor que la fuerza de la singularidad. Pronto demostraremos que la “gravedad” tiene muchos puntos de inflexión. Mantente sedientos amigos.

El párrafo sobre la ecuación responde a su pregunta. La velocidad de la luz es constante. La ecuación de su cita muestra cómo la luz se desvía en presencia de la gravedad, no se ralentiza.

Bueno, la luz se curva bajo la gravedad, por lo que la velocidad cambia. Pero según el principio de equivalencia, la velocidad no. El desplazamiento rojo gravitacional es un asunto completamente diferente, ya que la energía no es una invariante bajo la transformación de coordenadas genéricas. Sin embargo, la velocidad de la onda EM es independiente de su energía.