Как свет взаимодействует с гравитацией, если не имеет массы?

Ответить
Ответить
Комментировать
1
Подписаться
4
3 ответа
Поделиться

Владимир Замятин, не засоряйте мозги ближнего своего. Никакой энергии фотона в уравнениях Эйнштейна нет. Компонентами тензора энергии/импульса в уравнении Эйнштейна является масса аттрактора (массивного объекта), а в метрике Шварцшильда получается решение для угла отклонения фотона вблизи массивного тела: θ = 2r₀/r, где r₀=2GM/c² — радиус Шварцшильда, зависящий только от массы M. Из метрики Шварцшильда выводится и радиус фотонной сферы вокруг черной дыры R=3r₀/2, так же не зависящий от энергии фотона.

А короткий ответ на вопрос таков. Фотон всегда движется прямолинейно и равномерно по своей мировой линии в 4-х мерном пространстве-времени и никакого гравитационного отклонения траектории не испытывает.  Для нас же, наблюдателей движения фотона (света) в 3-х мерном пространстве, траектория фотона выглядит искривленной, из-за кривизны пространства вблизи массивного объекта. Таким образом, отклонение фотона (света) вблизи массивного объекта является следствием геометрии пространства-времени, динамически формируемая массой и движением массивного объекта. 

5
-1

Susanna Kazaryan! Чтобы критиковать чужие ответы, нужно хоть что-то соображать в обсуждаемой области.

Например. Тензор энергии/импульса содержит 16 компонент (10 независимых). И это всё "эквивалентная масса аттрактора"? Ну-ну.

Да, кстати. А что это такое? Приведённую массу знаю, эффективную знаю. Что такое "эквивалентная масса"?

-4
Ответить
Прокомментировать

Не совсем так. Свет не имеет массы покоя. А масса света - то же самое что и его энергия с точностью до коэффициента m= E/c^2. Замечу что речь идёт не обязательно об одном фотоне. Можно говорить о плотности энергии света в единичном объёме, причём там совершенно не обязательно должны находиться фотоны одинаковой частоты и поляризации. Как результат - этот объём приобретает вес в поле тяготения. Например, если вы запрёте свет в некий зеркальный ящик в котором он будет долго гулять от стенки к стенке не поглощаясь,  то этот вес вполне можно измерить. Правда ящичек придётся хорошенько накачать светом, чтобы хватило чувствительности весов. Как известно материальные тела в гравитационном поле ускоряются или тормозятся в зависимости от направления вектора G и вектора скорости тела. Что же со светом: он ведь не может ускоряться? Он приобретает или теряет энергию, т.е. меняется его частота. Это называется эффект Допплера, который бывает продольный и поперечный. Продольный эффект Допплера в поле тяготения приводит к красному или синему смещению спектральной частоты света, а поперечный к искривлению траектории на соответствующий угол. Так что всё не так уж и сложно. Есть и другой способ объяснить искривление светового луча в поле тяготения, я бы назвал его кинематическим. Он, не вдаваясь в квантовую природу света, констатирует фактически что безмассовый сигнал распространяется по мировым линиям, а вот сами мировые линии искривлены полем тяготения и это можно измерить средствами внутренней геометрии криволинейного пространства. На самом деле оба описания эквивалентны и приводят к одинаковому результату только гораздо более сложными средствами формализма ОТО. Это как рассмотрение вращения карусели глазами наблюдателя, сидящего на ней и испытывающего перегрузки или стоящим в сторонке в покоящейся системе координат и никаких перегрузок  не чувствующем. Если оба грамотны в физике - получат одинаковый результат, но рассматривая вращение карусели в разных системах отсчёта и решая, соответственно, очень разные уравнения.

З.Ы. Кстати ящичек со светом, запертым внутри, будет, как и положено, ускоряться или замедляться в поле тяготения, а вот свет бегающий между стенками, подвергаться всё тому же эффекту Допплера 

0
0

А масса света - то же самое что и его энергия с точностью до коэффициента m= E/c^2.

Это неверно. Масса света (а лучше фотона) равна нулю, какой бы энергией этот фотон ни обладал. Формула тоже записана неверно. Правильно так: m= Eо/c^2, где Ео - энергия покоя.

Что же со светом: он ведь не может ускоряться? Он приобретает или теряет энергию, т.е. меняется его частота. 

Не так. Свет (фотон) может ускоряться (может изменяться направление скорости). А вот приобретать или терять энергию и изменять частоту в гравитационном поле фотон не может. Про это можно почитать вот здесь: http://www.mathnet.ru/links/d3ec5256a2a06a2e501a57605f2fa2b6/ufn1668.pdf

Продольный эффект Доплера в поле тяготения приводит к красному или синему смещению спектральной частоты света, а поперечный к искривлению траектории на соответствующий угол. 

Эффект Доплера не имеет ровно никакого отношения к гравитационному красному и синему смещению. Кроме того, вы совершенно не понимаете, что такое продольный и поперечный эффекты Доплера.

безмассовый сигнал распространяется по мировым линиям

История перемещения чего угодно (хоть массивного, хоть безмассового) представляет собой мировую линию. Вы в курсе, что это такое, - мировая линия?

мировые линии искривлены полем тяготения

Мировые линии могут быть искривлены чем угодно. Например, когда вы бьёте по мячу, вы искривляете мировую линию мяча.

-2
Ответить

Судя по всему, вы не очень разбираетесь в предмете о котором взялись писать, сиречь в физике.

Например, о какой такой энергии E0, которую вы нарекли энергией покоя вы пишете? Покоя чего?

Статья, ссылку на которую вы привели мне давно знакома. Это просто научная беллетристика. Ни к каким практическим выводам она не приводит, никаких новых задач не решает и ранее полученных результатов не меняет. Лишь плодит непроверяемые сущности. Согласно принципу Оккама должна быть отсечена. Физика - наука об объективной реальности, а не о наших вкусах и взглядах на неё. Более подробно здесь об этом не напишешь, поскольку вы, судя по всему, не сильны в ней.  Попробуйте возразить мне аргументировано и тогда мой ответ будет более детальным.

 Эффект Доплера не имеет ровно никакого отношения к гравитационному красному и синему смещению. Кроме того, вы совершенно не понимаете, что такое продольный и поперечный эффекты Доплера.

Аргументы где? Фотоны, покрасневшие или посиневшие в гравитационном поле, вполне объективно селектируются спектральным детектором, попадают в полосу поглощения или, наоборот, усиления в соответствующих условиях. То есть покраснение или посинение фотона - реальные события в терминах СТО, проявляющиеся во взаимодействиях с другими телами. Просто часами этого не объяснить, точнее придётся приплетать новые костыли типа собственных часов. Это уже не физика. Подробнее, я боюсь, вы не поймёте.

История перемещения чего угодно (хоть массивного, хоть безмассового) представляет собой мировую линию. Вы в курсе, что это такое, - мировая линия?

Масло масляное. Мировая линия - просто определение траектории частицы в 4-пространстве. Здесь нет утверждения? Сказать то что хотели :)? Может быть что фотоны перемещаются по геодезическим?

Мировые линии могут быть искривлены чем угодно. Например, когда вы бьёте по мячу, вы искривляете мировую линию мяча.

Ну с этим пожалуй можно отчасти согласиться.  С оговоркой что не чем угодно. Боюсь, правда, вы поймёте это превратно. Учите физику - очень интересная наука.  Хотя даётся не всем.

З.Ы. Ваши ответы замечательный пример того как формально грамотная статья затуманивает суть вопроса для неокрепших мозгов. Рассмотрение средствами ОТО всех задач бесспорно даст правильные ответы в том числе и на задачи, решаемые более простыми методами, где-то даже уточнит решения мизерными поправками, несущественными для сути задач. При этом придётся применять сложнейший матаппарат ОТО и не факт что уравнения ОТО для данных случаев будут иметь точные решения. К тому же переход к полностью релятивистскому рассмотрению эффектов требует изрядного навыка и хорошего понимания основ и, как правило, непосилен для новичка.

0
Ответить
Ещё 3 комментария

Вам с Суссаночкой дискутировать, самое то. Тоже ведь "физик", получается "два сапога пара".

А меня от этого "удовольствия" увольте.

Разве что расскажу вам, что такое энергия покоя.

Физическая энциклопедия: http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4756.html

Цитата оттуда:

ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ частицы - энергия частицы в системе отсчёта, в к-рой она покоится: Eo =  mc^2, где m -    масса частицы.

-2
Ответить
Автор удалил свой комментарий

Понятно. Весь ваш багаж в физике содержится не в вашей голове, а в различных энциклопедиях. Это плохо. В физике за чужими цитатами прятаться не получится. Надо соображать.

ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ частицы - энергия частицы в системе отсчёта, в к-рой она покоится: Eo =  mc^2, где m -    масса частицы.

А вам не приходило в голову что для безмассовой частицы не существует системы отсчёта в которой она покоится? Подучитесь малость чтобы иметь мало мальски обоснованное мнение о предмете за который берётесь. Хотя у вас вряд ли получится. Физика требует от человека думать своей головой. 

0
Ответить

Анонимному пользователю. "... оба описания эквивалентны и приводят к одинаковому результату только гораздо более сложными средствами формализма ОТО".

Описания не эквивалентны! Угловое отклонение луча света в гравитационном поле, согласно механике Ньютона ровно в 2 раза меньше, чем предсказываемое значение из ОТО. Соответствующие формулы можете найти здесь.

+1
Ответить

Есть такое дело, вы абсолютно правы, но я и не предлагаю рассматривать дейстительно релятивистские эффекты классическим эффектом Допплера, который также существует. Эта двойка появляется частенько. Только уточню: не из-за применения классической механики, а из-за применения СТО вместо ОТО. Я, например, впервые с ней столкнулся в студенческом возрасте, когда в курсе атомной спектроскопии наш замечательный преподаватель и человек дфмн АН СССР  Игорь Ильич Собельман показал как можно просто получить выражение для спин-орбитального взаимодействия электрона с атомным остатком, перейдя в систему отсчёта с покоящимся электроном. Первый член разложения по (v/c)^2  даёт правильное значение энергии взаимодействия с точностью до той самой двойки. Правильное выражение получится, если при переходе в эту систему преобразовать ещё и поле остатка. Т.е. здесь не какое-то фундаментальное уточнение, а элементарный недосмотр. Все привыкли считать что векторы E и  H - такая же физреальность как тот же электрон или палочки-зубочистки в любой системе отсчёта. На самом деле они преобразуются при переходе из системы в систему, причём уже в первом порядке по (v/c). Если это учесть, то двоечка вернётся на положенное место. То же самое и в остальных задачах, где она замешана :)...

0
Ответить
Ещё 2 комментария

Вообще-то "двоечка" — это на самом деле 200% расхождения. Учитывая что в квантовой физике современные точности достигли уровня лучше ~10⁻⁶ % (точности измерения заряда/массу электрона), мне кажется 200% несколько многовато. 

+1
Ответить

Я ведь согласился с тем что двоечка появляется, и объяснил из-за чего она появляется. Всё остальное легко получить самостоятельно Берёте тензор F электромагнитного поля для плоской электромагнитной волны и преобразуете к системе отсчёта, движущейся с ускорением G.  Достаточно линейных по (v/c) членов. Немного повозиться придётся только, если вы рассматриваете произвольно направленный относительно G вектор k, т.е. рассматриваете комбинированный эффект Доплера. Там для поперечной к G составляющей волнового вектора надо разлагать до (v/c)^2 включительно. Если вы свободно оперируете тензором внутренней геометрии 4-х пространства, то для вас это будет лёгким упражнением :).

З.Ы. Кстати квантовая электродинамика точна не до 6 знаков после запятой, а до 12 (аномальный магнитный момент электрона). Привести диаграммы, реализующие соответствующие поправки здесь затруднительно будет. Страница не оснащена движком для формул. А жаль.

0
Ответить
Прокомментировать

Вы привыкли к классическому (ньютоновскому) закону тяготения, где сила притяжения пропорциональна массам взаимодействующих тел. А ведь он приближённый.

Если присмотреться повнимательнее (как это сделано в общей теории относительности), то окажется, что причиной гравитации является не масса тела, а его энергия и импульс. Всё это у фотона (частицы света) есть, несмотря на то, что его масса равна нулю.

Владимир Замятинотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
4
-5

Вы не объяснили, а запутали человека.

причиной гравитации является не масса тела, а его энергия и импульс

да? это где то можно прочитать? или Вы претендуете на нобелевскую.

+2
Ответить

Это можно прочитать в любом учебнике.

Вот уравнение Эйнштейна-Гильберта:

В правой части стоит тензор энергии-импульса. Он состоит из таких компонентов, как плотность энергии, плотность потока энергии, плотность потока импульса. Вот эти величины и определяют гравитационные свойства тела.

Как именно из этого уравнения получается приблизительный закон тяготения Ньютона (при малых скоростях частиц, что, естественно, к фотонам неприменимо) можно почитать вот тут: http://scask.ru/book_t_phis2.php?id=102 .

-1
Ответить
Ещё 3 комментария

Но, но Вы манипулируете. Я ничего не понимаю в приведенной Вами формуле.

+2
Ответить

Простите, ладно. мне нужно разобраться.

0
Ответить

Кстати. я поинтересовался этим уравнением. Но чтоб до меня это дошло, нужны годы.

0
Ответить

Всё тут нормально написано, погятно, но, видимо, не для вас.

-3
Ответить
Автор удалил свой комментарий
Ещё 1 комментарий

"Ты, Зин, уж лучше бы молчала бы".

0
Ответить
Прокомментировать
Ответить