重力红移

更新时间:2022-08-25 17:10

重力红移或称重力红位移指的是光波或者其他波动从重力场源(如巨大星体或黑洞)远离时,整体频谱会往红色端方向偏移。

定义

重力红移的程度常标记为变数z:

其中是极远处观测者所测量到的光子频率;是重力源如星球,其上的光源发出时所测量到的光子频率。

重力红移的现象可以从广义相对论预测:

其中

是被自由空间中,极远处观察者所测到因重力而产生的谱线位移量。

K是牛顿重力常数爱因斯坦本身所用的标记;常用标记是G)。

M是光所逃离的星体质量

c是真空中光速

r是从星体中心算起的径向距离。

几项要点

最早的证实

1959年庞德-雷布卡实验展示了谱线重力红移的存在。此由哈佛大学莱曼物理实验室的科学家所记载。

应用

由于如地球等行星质量并不算大,以致于重力红移现象不显著,故近地通讯并没有针对重力红移的修正需求。

重力红移的主要应用是在天文学研究上,透过一些特定原子光谱的红移,可以估计星球质量。

精确解

重力红移的精确解(exact solution)条列如下表:

较常用到的重力红移精确解是针对非转动、不带电、球对称的质量体(即对应于史瓦西度规)。 方程的形式是:

其中

重力红移与重力时间展长

若利用狭义相对论的相对论性多普勒关系,来计算能量与频率的变动(假设没有令情况更复杂的路径相依效应,比如旋转黑洞的参考系拖拽效应),则重力红移和蓝移频率比值会互为倒数,提示了所见的频率改变对应于不同处时钟速率不同。

参考系拖拽效应造成的路经相依效应,若被考虑进来,则可能使这种分析方法失效,并且使得要建立起广域皆认同的各处时钟速率差异变得困难,虽然并非不能达到。

重力红移所指的是观察到的,而引力时间膨胀,则是用以指背后发生机制的推论(处于重力场中的发光源,由于它的时系比较慢,故它发出来的光频,本来就会比较低)。

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