¿La gravedad disminuye o la velocidad se ilumina?

La velocidad de la luz en el vacío es presumiblemente la velocidad más rápida posible.

Si la gravedad dobla el curso de la luz, ¿implica esto que la gravedad retrasa la luz y se mueve a una velocidad más lenta? Si afecta su curso, ¿por qué la gravedad no puede afectar su velocidad, o sí?

Y si la gravedad afecta la velocidad de la luz, ¿qué dice eso acerca de nuestras mediciones de la distancia al objeto observable más lejano? ¿Podemos suponer que todos los efectos de la gravedad en 15 mil millones de años luz incluso se eliminan? ¿O la distancia real a través del universo observable está sujeta a variaciones desconocidas debido a los efectos de la gravedad?

Como dice Walter, la gravedad no dobla la luz. La luz viaja a lo largo de geodésicas nulas, un tipo particular de camino recto. Dado que las geodésicas (afines) no cambian de dirección por definición, las trayectorias geométricamente ligeras son rectas. Además, la velocidad de la luz en el vacío es$c$ en cada marco inercial, independientemente de si el espacio-tiempo es curvo o no, aunque los marcos inerciales curvos de espacio-tiempo solo pueden ser locales.

Sin embargo, lo que puede cambiar es la velocidad coordinada de la luz. Dado que las coordenadas son solo etiquetas para eventos de espacio-tiempo, esto es cierto incluso en espacio-tiempo completamente plano. Por ejemplo, en el gráfico de coordenadas de Rindler, la métrica de Minkowski del espacio-tiempo plano toma la forma

$$\mathrm{d}s^2 = -\frac{g^2x^2}{c^2}\,\mathrm{d}t^2 + \underbrace{\mathrm{d}x^2 + \mathrm{d}y^2 + \mathrm{d}z^2}_{\mathrm{d}S^2_\text{Euclid}}\text{,}$$ dónde $g$Tiene unidades de aceleración. Como la luz viaja a lo largo de nulo ($\mathrm{d}s^2 = 0$) líneas de palabras, la velocidad de coordenadas de la luz es $$\frac{\mathrm{d}S}{\mathrm{d}t} = \frac{|gx|}{c}\text{,}$$ que depende de la posición e incluso puede ser $0$, ya que hay un horizonte de eventos aparente. Un observador que está parado en las coordenadas de Rindler en realidad tiene la aceleración adecuada$g$, por lo que el gráfico de Rindler del espacio-tiempo plano es un análogo natural de un "campo gravitacional uniforme".

Si la gravedad dobla el curso de la luz, ¿implica esto que la gravedad retrasa la luz para que se mueva a una velocidad más lenta?

No, pero lo que podemos decir es esto. Para campos gravitacionales débiles que cambian lentamente, la siguiente métrica es apropiada para describir el espacio-tiempo en términos del potencial gravitacional newtoniano$\Phi$:

$$\mathrm{d}s^2 = -\left(1+2\frac{\Phi}{c^2}\right)c^2\,\mathrm{d}t^2 + \left(1-2\frac{\Phi}{c^2}\right)\,\mathrm{d}S^2\text{,}$$ ya que podemos calcular fácilmente la velocidad coordinada de la luz (de nuevo $\mathrm{d}s^2 = 0$): $$\frac{\mathrm{d}S}{\mathrm{d}t} = c\sqrt{\frac{1+2\Phi/c^2}{1-2\Phi/c^2}}\text{,}$$ y al expandir su recíproco en una serie Taylor-MacLaurin, encontramos que la luz viaja " como si " tuviéramos un índice de refracción $$n = c \frac{\mathrm{d}t}{\mathrm{d}S} \approx 1 - 2\frac{\Phi}{c^2} + \mathcal{O}\left(\frac{\Phi^2}{c^4}\right)\text{.}$$

Si tenemos en cuenta que estamos tratando solo con la velocidad coordinada de la luz, entonces sí, podríamos decir que la gravedad (más bien, el potencial gravitacional) retarda la luz. Otra forma de pensar en esto es así: si pretendemos que estamos tratando con el espacio-tiempo plano de Minwkoski en las coordenadas de inercia habituales, entonces necesitamos un medio con el índice de refracción anterior para reproducir las trayectorias de la luz. Pero, por supuesto, tomar esto literalmente no es legítimo, ya que (1) la métrica afecta más que la propagación de la luz, y (2) dicha interpretación no podría explicar el desplazamiento al rojo gravitacional.

El último enfoque es moralmente similar a lo que se describe en la respuesta de Walter, ya que depende de una comparación hipotética con el espacio-tiempo plano. La diferencia es que al limitarnos a hablar sobre lo que sucede lejos de los cuerpos gravitacionales, Walter puede eludir el problema del desplazamiento al rojo gravitacional, pero luego no puede atribuir ningún índice de refracción local (en el lado positivo, su enfoque no se limita a débil, lento- gravedad cambiante).

Y si la gravedad afecta la velocidad de la luz, ¿qué dice eso acerca de nuestras mediciones de la distancia al objeto observable más lejano? ¿Podemos suponer que todos los efectos de la gravedad en 15 mil millones de años luz incluso se eliminan?

Nuestros modelos cosmológicos suponen que el universo es a gran escala homogéneo e isotrópico, una suposición respaldada por observaciones de las partes que podemos ver. En un universo homogéneo e isotrópico, es bastante fácil explicar cómo se comporta la luz al atravesarla. Entonces, no, no necesitamos suponer que los efectos de la gravedad se igualen a sí mismos; por el contrario, usamos tales efectos gravitacionales sobre la luz para ajustar los parámetros de nuestros modelos.

La gravedad no afecta la velocidad de la luz. Afecta la geometría del espacio-tiempo y, por lo tanto, los caminos de la luz. Sin embargo, esto puede tener un efecto similar.

Luz emitida en la fuente $S$ pasar un objeto masivo $M$eso está muy cerca de lo contrario (si M no estuviera allí) camino recto a un observador$O$ tiene que "dar la vuelta" $M$, que lleva más tiempo que seguir el camino recto en ausencia de $M$. La luz que alcanza$O$ desde $S$ no se emite desde $S$ en la "recta" (en ausencia de $M$) dirección a $O$, pero ligeramente fuera de esa dirección, de modo que la "curvatura" de su camino por la gravedad de $M$ "lo desvía" hacia $O$.

Por supuesto, la luz nunca se dobla, sino que siempre sigue un camino recto. Lo que está doblado es el espacio-tiempo en comparación con el espacio-tiempo euclidiano en ausencia de masas distorsionantes (ver: geodésica ). Esta distorsión en la estructura del espacio-tiempo se llama lente gravitacional .

Esta es una pregunta difícil, especialmente porque no estoy acostumbrado a dar explicaciones en términos no técnicos.

Comenzando en la parte superior:

Condicionalmente si. En el espacio más vacío posible, no entre las estrellas, ni entre las galaxias, ni entre las familias de galaxias, etc., en el espacio más vacío entre los super-cúmulos de galaxias, allí es más rápido, donde la gravedad está en su punto más débil.

Si tuvo tiempo para hacerlo, y un buen agujero negro claro y blanco y disparó un láser azul justo en el horizonte de eventos en un lado (digamos que está transmitiendo todo el trabajo de Shakespeare seguido por el resto del proyecto Gutenberg) - en de tal manera que rozó todo el camino y luego salió en su dirección, como un tirachinas de la luna que hizo la primera órbita de la luna, ¿qué pasaría? ¿Cambiaría el color de la luz?

Cuanto más se acerca el rayo al horizonte de eventos, más espacio se estira: piense de esa manera, entonces la luz tiene que viajar más lejos, y lo mismo en todo el agujero negro: cuanto más cerca del horizonte de eventos, más profundo es el pozo , cuanto más se estira el espacio y más tarda la luz en moverse. Desde su punto de vista, el agujero negro está a una distancia de X, el camino que tomó la luz es Y en longitud aparente. Usando su práctica regla de cálculo, calcula que la domesticación de la musaraña debería llegar a la hora Z.

No aparece a tiempo. ¿Por qué? Recuerde que la luz tuvo que tomar un camino muy largo debido a la densidad del campo de gravedad que hace que el viaje sea más largo. Cuando aparece finalmente ¿De qué color es? Aún azul (esto no depende de si el agujero negro se aleja o se acerca), no hay desplazamiento rojo o azul. (Estoy siendo poco sincero aquí, ya que la longitud de onda se habría desplazado una cantidad diminuta al rojo; lo hace a medida que viaja, cuanto más se desplaza, en parte debido a colisiones con átomos flotantes libres que se absorben y luego se vuelven a emitir en un frecuencia más baja, por ejemplo, el big bang (Muy caliente): la luz de esto es, de hecho, una longitud de onda muy larga (el rojo se desplazó al extremo) pero el espacio se está expandiendo, recuerde. Para resumirlo, la entropía no se puede revertir.

Lo extraño es la distancia que recorre la luz desde el punto de vista del observador que disparó el láser, él extrapolaría que las ondas de luz que contienen The Shrew, ya que llegaron tan tarde, no solo se han ralentizado sino que se han acercado (azul desplazado), pero cuando se trata del observador es del mismo color que antes. (El espacio se alargó aparentemente, eso explicaría esto, ¿no?)

Decir que la gravedad reduce la velocidad de la luz es lo mismo que decir que una tetera observada nunca hierve, tiene una especie de verdad desde un punto de vista particular: un punto de vista perceptivo.

Al observar todo el universo, hay puntos calientes y fríos visibles, lugares con más y menos materia, esto se puede observar. El problema que estamos teniendo en este momento es con la materia oscura y la energía oscura.

Comenzamos con observaciones en nuestro propio sistema solar. Los objetos distantes se miden uno con respecto al otro. Se realizan una gran cantidad de observaciones de muchos objetos, su luminosidad, su luminosidad agregada, su desplazamiento rojo o azul, y curiosamente su cambio en el desplazamiento Doppler. Varios tipos diferentes de estrellas, pulsantes, estrellas que emiten radiación fuerte, coorbitando estrellas de todo tipo, los discos de acreción en el centro de las galaxias y sus temperaturas, esta acumulación de datos desde Copérnico, o al menos desde que el Renacimiento tiene todo se han reunido, ajustándose a lo largo del camino teniendo en cuenta los cambios de paradigma que cambian el mundo, como la relatividad, y los enormes avances en la resolución de nuestras observaciones del universo, desde plataformas terrestres y espaciales (¡creemos!