Comment la gravité affecte-t-elle la longueur d'onde de la lumière?

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Si, hypothétiquement, ma lampe de poche propulsée par fusée et moi tombions directement vers le centre d'un trou noir. La lampe de poche est à quelques kilomètres derrière moi dans nos déplacements vers le centre du trou noir, mais comme elle est propulsée par une fusée, elle parvient à maintenir la distance exacte jusqu'à moi pendant un certain temps.

Le point est; La distance entre moi et ma lampe de poche est constante tant que je l'observe.

Les photons provenant de la lampe de poche ne seraient évidemment pas propulsés par une fusée - et ils seraient affectés par la gravitation des trous noirs.

La lumière que je vois de la lampe de poche serait-elle décalée vers le rouge ou le bleu, même si la distance entre moi et ma chère lampe de poche est maintenue?

Si c'est le cas; changer les positions de moi et ma lampe de poche, cela changerait-il la couleur que j'observerais?

Si nous éteignons la fusée de la lampe de poche, je suppose qu'elle serait décalée vers le rouge, quelle que soit la plus proche de la singularité, et l'ampleur du décalage vers le rouge semblerait s'accélérer?

gravity redshift frodeborli
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Réponses:

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Une réponse partielle: plus le potentiel gravitationnel est faible, plus les horloges sont lentes, voir Dilatation du temps gravitationnel . Cela signifie que tant que votre lampe de poche est derrière vous à distance constante, elle apparaît décalée vers le bleu pour vous. Avec les rôles échangés (lumière sous vous à distance constante), elle apparaît décalée vers le rouge. Par l'hétérogénéité du champ gravitationnel le décalage croît avec le temps, tout en tombant à distance constante.

C'est ce qu'on appelle le décalage d'Einstein, qui n'est pas le même que l'effet doppler. L'effet doppler est provoqué par une vitesse des objets par rapport à l'observateur.

Gerald
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Pour clarifier ma compréhension de votre réponse. Il y a deux facteurs affectant la quantité de redshift; la vitesse d'horloge de l'observateur - une horloge plus rapide par rapport à la source signifie le décalage vers le bleu et vice versa, et le décalage vers le rouge gravitationnel. En raison de la raideur de la gravitation qui augmente de façon exponentielle, je soupçonnais que nous verrions encore plus de décalage que ce qui est expliqué par la dilatation du temps gravitationnelle seule?
frodeborli
Une horloge plus rapide (en raison d'un potentiel plus élevé) de l'observateur par rapport à la source signifie un décalage vers le rouge. La quantité de décalage dépend de la différence du potentiel gravitationnel. Comme cette différence est plus élevée lorsque l'on se rapproche de la singularité pour les objets de distance fixe, le décalage augmente en tombant.
Gerald
Merci Gerald. Et si la lampe de poche et l'observateur fonctionnaient à la même horloge, tout en restant à différentes distances du trou noir, il n'y aurait pas de changement de couleur? (Par exemple, si la lampe de poche elle-même était très lourde)
frodeborli
Si la lampe de poche est exactement aussi lourde pour produire le même potentiel gravitationnel qu'à l'emplacement de l'observateur, il n'y aurait pas de changement net et les horloges fonctionneraient de manière synchrone.
Gerald
Mais la lumière elle-même est également affectée par cette fréquence d'horloge? Donc, être près d'un trou noir supermassif, tel que celui au centre de notre galaxie, ferait que toute la lumière provenant de sources plus éloignées semble décalée vers le rouge? Est-ce que "The Great Attractor" est une telle source?
frodeborli