Гравитационное красное смещение - куда девается энергия ?

[alex4130]

Гравитационное красное смещение
Если фотон удаляется от звезды, частоста его падает, т.е. уменшается энергия, чему она передается ? гравитационному полю ? , больше ведь ничего нет. Как осуществляется взаимодействие?

[Deggial]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (М)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Перенёс в соответствующий раздел

[Munin]

Зададим другой вопрос: если мы подбрасываем камень, то его скорость падает, т. е. уменьшается кинетическая энергия. Чему она передаётся?

[FFMiKN]

Она переходит в потенциальную энергию этого камня. Так ведь?
То есть с фотоном происходит тоже самое?

[Munin]

Ну, для фотона не вводится, вообще-то, такого понятия, как "потенциальная энергия фотона", потому что ввести его аккуратно невозможно. Но в целом, энергия "девается" примерно туда же.

[Bulinator]

Т.е. иными словами- фотон в гравитационном поле сам по себе не является замкнутой системой и, следовательно, энергия может не сохранятся, тогда как если наряду с фотоном рассматривать и само поле, тогда все становится очень сложно но логически непротиворечиво

[Munin]

Ну, в каком смысле логически непротиворечиво... ТЭИ гравитационного поля-то так и невозможно построить :-) но псевдо-ТЭИ гравитационного поля во многих случаях можно обойтиться, и удовлетвориться этим.

[Xey]

Напомню замечание
m_еugene
в теме Re: Волновая природа микромира

Цитата:

Цитата:

Xey в сообщении #674570 писал(а):
Частота фотона меняется при движении в гравитационном поле , если вверх от Земли, то уменьшается немного, если от черной дыры, то заметно. (в обратную сторону частота растет)

.
Частота фотона НИКОГДА не изменяется вследствие гравитации.
.
Это наблюдатель полагает, что частота изменилась -
но это следствие гравитационного замедления времени для самого наблюдателя.
.
Или то же замедление времени для места излучения фотона.

[Munin]

Нехорошо напоминать некорректные замечания, я бы сказал.

-- 06.03.2013 22:40:51 --

Munin в сообщении #683642 писал(а):

По интерпретациям на русском статья Окуня:
http://ufn.ru/ru/articles/1999/10/d/
Также рекомендуется учебник по ОТО, например, Вайнберг.

Суть в том, что ОТО допускает разные интерпретации "в классических терминах", все между собой эквивалентные в релятивистском смысле и в расчётных результатах.

Munin в сообщении #683673 писал(а):

Всякие рассуждения про энергию и наблюдателей аналогичны вычислениям в одной конкретной сетке координат. А окончательный результат - это измеренное в эксперименте "покраснение" фотона.
...
...есть общая для всего пространства переменная $t,$ "тикающая" везде синхронно. Сравнивая с этой переменной физические процессы, можно говорить про частоту, периоды, энергии. Например, согласно этой переменной, частота фотона сохраняется. Но надо понимать, что у этой переменной смысл только координатный, она не совпадает с временем по часам наблюдателей. Поэтому та частота фотона, которую наблюдатели будут измерять, сравнивая со своими часами, будет для каждого наблюдателя своя.

-- 06.03.2013 22:51:01 --

Munin в сообщении #598090 писал(а):

vicont в сообщении #598073 писал(а):

В принципе тут ситуация довольно простая. Либо по мере движения в гравитационном поле меняется фотон. Либо меняются атомы расположенные по ходу движения фотона.
Вы знаете другие варианты?
Во всяком случае в статье упомянуты только два.

Да, разумеется, знаю. Меняться может и то, и другое. Дело в том, что фотоны мы измеряем атомами. Так что нельзя сказать, меняется ли фотон, или атомы. Известно только то, что меняется соотношение между ними. А приписывать его тому или другому - вообще неосмысленная, нефизическая постановка вопроса.

Munin в сообщении #598453 писал(а):

Гравитационное поле в окрестности притягивающего массивного тела создаёт такую форму пространства-времени, которая... Есть много разных способов нарисовать "карту" этой фигуры, но наиболее употребимы два.
...
Первый способ называется... "время бесконечно удалённого наблюдателя"... С точки зрения этого способа, часы, находящиеся вблизи притягивающего тела, идут медленнее. Атомы колеблются медленнее. Все энергии уменьшаются... Поэтому, излучённый фотон имеет меньшую энергию. Когда он... доберётся из области притяжения наружу, то он не изменит свою частоту, и все увидят, что он имеет меньшую частоту, чем такой же фотон, излучённый таким же атомом, но в конце его пути. Но надо помнить, что всё это, и расстояния, и промежутки времени, и частоты, и энергии - это всего лишь проекции, а не какие-то "безусловно истинные величины".
Второй способ называется... "лабораторные координаты", или "время местных часов"... Так вот, с точки зрения этого способа... часы в каждой точке идут с одной и той же "правильной" скоростью, не быстрее и не медленнее. Мы находимся в космосе? Часы идут верно. Мы находимся на Земле? Наши часы опять идут верно. Правда, если мы посмотрим из космоса на Землю, то увидим, что там часы отстают, а если с Земли в космос - увидим, что космические часы спешат, но местные всегда будут считаться идущими точно. Точно так же, и массы тел и частиц везде будут одинаковые, и энергии уровней атомов неизменные. И фотон, излучённый на Земле, будет такой же, как фотон, излучённый в космосе. Но вот если фотон с Земли полетит в космос, то тут с ним начнутся приключения. Дело в том, что этот фотон будет оказываться в разных точках, в разных лабораториях, и эти лаборатории заметят, что частота и энергия фотона будут всё ниже и ниже - по мере того, как сами лаборатории будут всё дальше и дальше по пути фотона. Чем это будет обусловлено... конечно же, не "потенциальной энергией фотона"...

[schoolboy1]

Если фотон "улетает", то можно написать $E_{1}=E_{0}-dE$, а если вследствие отражения от зеркала "повернёт" обратно, к центру гравитации, его энергия увеличится на ту же величину dE, как у падающего камня. $E_{0}=E_{1}+dE;$ Аналогия не полная, но убедительная. Может и нельзя говорить о "потенциальной энергии" фотона, но о полной энергии можно.Величину $dE$ можно считать потенциальным барьером для фотона.Эту энергию он должен отдать, чтобы улететь.
Если для преодоления гравитации у фотона "не хватит" энергии, т.е. $dE>E_{0} $ , то фотон никуда не улетит и вся его энергия останется в поле гравитации.Т.е энергия фотона $E$-это энергия области пространства, в которой он "находится".

[Munin]

schoolboy1 в сообщении #692029 писал(а):

Может и нельзя говорить о "потенциальной энергии" фотона, но о полной энергии можно.

С оговорками:
1. В области слабой гравитации.
2. В одном из по меньшей мере двух перечисленных мной смыслов.

schoolboy1 в сообщении #692029 писал(а):

Если для преодоления гравитации у фотона "не хватит" энергии

А вот такого в области слабой гравитации в принципе не бывает.

schoolboy1 в сообщении #692029 писал(а):

Т.е энергия фотона $E$-это энергия области пространства, в которой он "находится".

Вы забываете, что $dE,$ и тем более $E,$ для разных фотонов разные. А область пространства одна и та же. Так что вывод ошибочный.

[alex4130]

Если масса, звезда в частности, искривляет пространство, значит вблизи массы оно будет более плотное а чем дальше тем менее, например миллиметр вблизи звезды будет короче в два раза чем если бы он был от нее дальше. Т есть и фотон как бы сжимается вблизи звезды и растягивается по мере удаления, возможно поэтому мы наблюдаем красное смещение, почему обосновывается это именно замедлением времени ?

И еще вот, одиночный фотон, сколько периодов, колебания поля содержит одиночный фотон ? если допустим волна длинной 20 периодов полетела, это 20 фотонов один за другим ? Что такое одиночный фотон, как это понимать ?

И еще вот ..если материальные тела обладают гравитационным полем которое взаимодействует с пространством, искривляя его, значит пространство тоже материальное тело, значит у него должна быть масса, сколько весит кубометр пространства, как это можно посчитать ?

[Munin]

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

Если масса, звезда в частности, искривляет пространство, значит вблизи массы оно будет более плотное а чем дальше тем менее, например миллиметр вблизи звезды будет короче в два раза чем если бы он был от нее дальше.

Очень плоской является та мысль, что искривление пространства обязательно приводит к тому, что оно будет "более плотное" или "менее плотное". На самом деле, геометрия искривлённых пространств (риманова дифференциальная геометрия) диктует нам совсем другое понимание искривления. Полезно с ним ознакомиться.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

Т есть и фотон как бы сжимается вблизи звезды и растягивается по мере удаления, возможно поэтому мы наблюдаем красное смещение

Фотон-то да. А вот другие предметы нет.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

почему обосновывается это именно замедлением времени ?

По формулам, батенька, всё по формулам...

Например, в ньютоновском приближении ОТО верно, что $g_{00}=1+2\varphi.$ Остальные отклонения $g_{\mu\nu}$ от $h_{\mu\nu}$ высших порядков малости. Это означает, что замедление времени - преобладающий эффект, а всё остальное можно игнорировать, или выразить через него.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

И еще вот, одиночный фотон, сколько периодов, колебания поля содержит одиночный фотон ?

Сколько угодно. Например, $137^2.$

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

если допустим волна длинной 20 периодов полетела, это 20 фотонов один за другим ?

Это может быть 1 фотон, это может быть 20 фотонов, это может быть 400 фотонов, это может быть $10^{23}$ фотонов.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

Что такое одиночный фотон, как это понимать ?

Здесь это офтопик, а вообще фотоны необходимо понимать на основе квантовой теории поля - квантовой электродинамики.

В квазиклассическом случае, если у вас волна, то в ней $n$ фотонов, каждый из которых - копия этой волны. $n$ определяется, скажем, по формуле энергии фотона $E=\hbar\omega,$ на которую надо разделить суммарную энергию волны. Это всё - очень огрубляя.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

И еще вот ..если материальные тела обладают гравитационным полем которое взаимодействует с пространством, искривляя его, значит пространство тоже материальное тело

Нет, не значит. Пространство - это физическая система. Можно ещё сказать, что это материя, но нельзя сказать, что это тело.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

значит у него должна быть масса, сколько весит кубометр пространства, как это можно посчитать ?

А ответьте сначала на более простой наводящий вопрос: сколько весит кубометр электрического поля?

[alex4130]

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

Т есть и фотон как бы сжимается вблизи звезды и растягивается по мере удаления, возможно поэтому мы наблюдаем красное смещение

Фотон-то да. А вот другие предметы нет.

почему другие предметы нет, другие предметы тоже да, уменяшатся диаметры атомов, ведь они зависят от электрических полей , т.е. если у электрона и ядра поля сожмутся значит они будут ближе к друг другу, ведь фотон когда уменьшает частоту, его поля ведь сжимаются.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

почему обосновывается это именно замедлением времени ?

По формулам, батенька, всё по формулам...

Например, в ньютоновском приближении ОТО верно, что $g_{00}=1+2\varphi.$ Остальные отклонения $g_{\mu\nu}$ от $h_{\mu\nu}$ высших порядков малости. Это означает, что замедление времени - преобладающий эффект, а всё остальное можно игнорировать, или выразить через него.

Это наверно крутые формулы, но мне кажется чтобы делать такие выводы это нужно наблюдать в опыте.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

И еще вот, одиночный фотон, сколько периодов, колебания поля содержит одиночный фотон ?

Сколько угодно. Например, $137^2.$

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

если допустим волна длинной 20 периодов полетела, это 20 фотонов один за другим ?

Это может быть 1 фотон, это может быть 20 фотонов, это может быть 400 фотонов, это может быть $10^{23}$ фотонов.

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

Что такое одиночный фотон, как это понимать ?

Здесь это офтопик, а вообще фотоны необходимо понимать на основе квантовой теории поля - квантовой электродинамики.

В квазиклассическом случае, если у вас волна, то в ней $n$ фотонов, каждый из которых - копия этой волны. $n$ определяется, скажем, по формуле энергии фотона $E=\hbar\omega,$ на которую надо разделить суммарную энергию волны. Это всё - очень огрубляя.

Хорошо, это я понял, тогда спрошу по другому, есть волна энергия которой равна энергии одиночного фотона, сколько периодов в этой волне ?

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

И еще вот ..если материальные тела обладают гравитационным полем которое взаимодействует с пространством, искривляя его, значит пространство тоже материальное тело

Нет, не значит. Пространство - это физическая система. Можно ещё сказать, что это материя, но нельзя сказать, что это тело.

Хорошо, если это физическая система то какими физическими характеристиками она обладает ?

alex4130 в сообщении #692309 писал(а):

значит у него должна быть масса, сколько весит кубометр пространства, как это можно посчитать ?

А ответьте сначала на более простой наводящий вопрос: сколько весит кубометр электрического поля?[/quote]

Это легко. Электрическое поле способно совершать работу над электрическими зарядами, следовательно, оно обладает энергией (потенциальной), а энергию в массу можно пересчитать по знаменитой формуле А.Эйнштейна, вот задумался масса электрона справочная, включает в себя массу его электрического поля ?

[Phaeton]

Цитата:

Это легко. Электрическое поле способно совершать работу над электрическими зарядами, следовательно, оно обладает энергией (потенциальной), а энергию в массу можно пересчитать по знаменитой формуле А.Эйнштейна, вот задумался масса электрона справочная, включает в себя массу его электрического поля ?

Массу чего вы собрались считать? Электронов? Не забудьте считая массу электронов посчитать и массу протонов которые им соответствуют. Это будет забавно получить огромную массу вещества для пустоты.

Цитата:

Пространство - это физическая система. Можно ещё сказать, что это материя, но нельзя сказать, что это тело.

Из чего состоит эта материя или это очередное философское утверждение.

Цитата:

В квазиклассическом случае, если у вас волна, то в ней фотонов, каждый из которых - копия этой волны

Чем больше копий тем выше частота я так понимаю.

Цитата:

Сколько угодно. Например,

Или другими словами вы не знаете.

Цитата:

По формулам, батенька, всё по формулам.

Нет чтобы по опытам, всё из формул. Молодцы научный подход. На самом деле вам остаётся оперировать временем из-за того что Эйнштейн считал что скорость света во всех инерциальных системах равна, отсюда и следует что единственной изменяемой величиной остаётся время.

Цитата:

Фотон-то да. А вот другие предметы нет.

Ссылку на авторитетный источник с описанием опыта. А нет таких опытов. Нет опытов нечего и пургу нести.

Цитата:

Пространство - это физическая система.

Гениально. Пространство это физическая система отражающая... Продолжите.