词条 | 重力红移 |
释义 | 重力红位移或称重力红移指得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,亦即发生「频率变低,波长增长」的现象。 定义 重力红移的程度常标记为变数''z'': z=\\frac{\\lambda_o-\\lambda_e}{\\lambda_e} 其中 \\lambda_o\\,是极远处观测者所测量到的光子波长;\\lambda_e\\,是重力源如星球,其上的光源发方时所测量到的光子波长。 重力红移的现象可以从广义相对论预测: z_=\\frac{c^2r} 其中 z_\\,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 光线的接收端(远方的观察者)必须处在较高的重力势才能观察到红移。一般讨论下,观察者处在无限远处,重力势定为0,是高于星球表面的重力势的。 许多大学的实验结果支持重力红移的存在。 重力红移不仅仅是广义相对论独有的预测。其他重力理论也支持重力红移,虽然解释上会有所不同。 重力红移并未要求一定是爱因斯坦方程式的史瓦兹旭尔得解——在这解中,变数M\\,不能代表旋转或带电星体的质量。 最早的证实 1969年Pound-Rebka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,但是如全球定位系统(GPS)等较精准的设施则需考虑重力红移,方可准确运作。 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 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。方程式的形式是: z=\\frac{\\sqrt{1-\\left(\\frac{rc^2}\\right)}}-1, 其中 G\\,是重力常数, M\\,是产生重力场之物体的质量, r\\,是观测者的径向坐标(类比于牛顿力学中从物体中心算起的距离,但事实上是史瓦兹旭尔得坐标), c\\,是真空中光速。 |
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