Dịch chuyển đỏ do hấp dẫn

Thuyết tương đối rộng
${\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}$
Dẫn nhập · Lịch sử · Nguyên lý toán học Kiểm chứng
Khái niệm cơ sở Thuyết tương đối hẹp Nguyên lý tương đương Tuyến thế giới · Hình học Riemann
Hiệu ứng và hệ quả Bài toán Kepler · Thấu kính · Sóng Kéo hệ quy chiếu · Hiệu ứng trắc địa Chân trời sự kiện · Điểm kì dị Lỗ đen
Phương trình Tuyến tính hóa hấp dẫn Hình thức hậu Newton Phương trình trường Einstein Phương trình đường trắc địa Phương trình Friedmann Hình thức luận ADM Hình thức luận BSSN Phương trình Hamilton–Jacobi–Einstein
Lý thuyết phát triển Kaluza–Klein Hấp dẫn lượng tử
Các nghiệm Schwarzschild Reissner–Nordström · Gödel Kerr · Kerr–Newman Kasner · Taub-NUT · Milne · Robertson–Walker Sóng-pp ·
Nhà vật lý Einstein · Lorentz · Hilbert · Poincare · Schwarzschild · Sitter · Reissner · Nordström · Weyl · Eddington · Friedman · Milne · Zwicky · Lemaître · Gödel · Wheeler · Robertson · Bardeen · Walker · Kerr · Chandrasekhar · Ehlers · Penrose · Hawking · Taylor · Hulse · Stockum · Taub · Newman · Khâu Thành Đồng · Thorne khác
Không–thời gian Không gian Thời gian Đường cong thời gian đóng Lỗ sâu Không thời gian Minkowski Biểu đồ không thời gian
x t s

Là một phần trong loạt bài về
Vũ trụ học vật lý
Vụ Nổ Lớn · Vũ trụ Tuổi của vũ trụ Niên đại của vũ trụ
Vũ trụ sơ khai Phình to · Tổng hợp hạt nhân Nền Sóng hấp dẫn (GWB) Vi sóng (CMB) · Neutrino (CNB)
Sự giãn nở · Tương lai Định luật Hubble · Dịch chuyển đỏ Mở rộng metric của không gian FLRW metric · Phương trình Friedmann Vũ trụ không đồng nhất Tương lai của một vũ trụ giãn nở Số phận sau cùng của vũ trụ Vụ Rách Lớn Vụ Co Lớn Vụ Nảy Lớn
Thành phần · Cấu trúc Thành phần Mô hình Lambda-CDM Năng lượng tối · Chất lỏng tối · Vật chất tối Cấu trúc Hình dạng vũ trụ Galaxy filament · Hình thành thiên hà Large quasar group Cấu trúc tầm mức lớn Tái ion hóa · Hình thành cấu trúc Khoảng trống vũ trụ
Thí nghiệm Black Hole Initiative (BHI) BOOMERanG Vệ tinh COBE Dark Energy Survey Illustris project Kính thiên văn không gian Planck Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan (SDSS) 2dF Tàu thăm dò Bất đẳng hướng Vi sóng Wilkinson (WMAP)
Nhà khoa học Aaronson Alfvén Alpher Bharadwaj Copernicus de Sitter Dicke Ehlers Einstein Ellis Friedman Galileo Gamow Guth Hawking Hubble Lemaître Mather Newton Penrose Penzias Rubin Schmidt Smoot Suntzeff Sunyaev Tolman Wilson Zel'dovich Danh sách nhà vũ trụ học
Lịch sử Sự khám phá bức xạ nền vi sóng vũ trụ Lịch sự của thuyết Vụ Nổ Lớn Các giải thích tôn giáo của thuyết Vụ Nổ Lớn Thời gian biểu các thuyết vũ trụ học
Thể loại Cổng thông tin Thiên nhiên Cổng thông tin Thiên văn học Cổng thông tin Vật lý
x t s

Sự dịch chuyển đỏ do hấp dẫn của sóng ánh sáng khi nó di chuyển lên trên so với trường hấp dẫn (do ngôi sao màu vàng bên dưới tạo ra). Hiệu ứng được phóng đại rất nhiều trong sơ đồ này.

Trong vật lý và thuyết tương đối rộng, dịch chuyển đỏ do hấp dẫn (còn được gọi là dịch chuyển Einstein trong các tài liệu cũ)^[1][2] là hiện tượng bức xạ điện từ hoặc photon truyền ra khỏi gravity well (dường như) bị mất đi năng lượng. Sự mất năng lượng này tương ứng với sự giảm tần số sóng và tăng bước sóng, thường được gọi là dịch chuyển đỏ. Hiệu ứng ngược lại, trong đó các photon (dường như) thu được năng lượng khi đi vào gravity well, được gọi là dịch chuyển xanh do hấp dẫn (một loại dịch chuyển xanh). Hiệu ứng này được Einstein mô tả lần đầu tiên vào năm 1907,^[3] tám năm trước khi ông công bố thuyết tương đối rộng.

Dịch chuyển đỏ do hấp dẫn có thể được hiểu là hệ quả của nguyên lý tương đương (rằng lực hấp dẫn và gia tốc là tương đương và dịch chuyển đỏ được gây ra bởi hiệu ứng Doppler)^[4] hoặc là hệ quả của sự tương đương khối lượng–năng lượng và bảo toàn năng lượng ('rơi' photon thu được năng lượng).^[4][5][6][7] Dịch chuyển đỏ do hấp dẫn cũng có thể được hiểu một cách tương đương là sự giãn nở thời gian do hấp dẫn tại nguồn bức xạ:^[2][7] nếu hai bộ dao động điện tử (gắn với máy phát tạo ra bức xạ điện từ) đang hoạt động ở các thế hấp dẫn khác nhau, bộ dao động ở thế hấp dẫn cao hơn (xa vật thể hút hơn) dường như sẽ "tích tắc" nhanh hơn; nghĩa là, khi được quan sát từ cùng một vị trí, nó sẽ có tần số đo được cao hơn so với dao động điện tử ở thế hấp dẫn thấp hơn (gần vật thể hút hơn).

Theo phép tính gần đúng đầu tiên, dịch chuyển đỏ do hấp dẫn tỷ lệ thuận với sự khác biệt về thế hấp dẫn chia cho bình phương tốc độ ánh sáng, ${\displaystyle z=\Delta U/c^{2}}$, do đó dẫn đến một hiệu ứng rất nhỏ. Ánh sáng thoát ra khỏi bề mặt của Mặt Trời được Einstein dự đoán vào năm 1911 sẽ bị dịch chuyển đỏ khoảng 2 ppm hay 2 × 10⁻⁶.^[8] Tín hiệu điều hướng từ các vệ tinh GPS quay quanh độ cao 20,000 km tính toán rằng ánh sáng bị dịch chuyển xanh khoảng 0,5 ppb hoặc 5 × 10⁻¹⁰.^[9]

Tham khảo

1. “Einstein shift definition and meaning | Collins English Dictionary”. www.collinsdictionary.com (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 21 tháng 1 năm 2021.
2. ^ Eddington, A. S. (1926). “Einstein Shift and Doppler Shift”. Nature (bằng tiếng Anh). 117 (2933): 86. Bibcode:1926Natur.117...86E. doi:10.1038/117086a0. ISSN 1476-4687. S2CID 4092843.
3. Valente, Mário Bacelar (6 tháng 12 năm 2018). “Einstein's redshift derivations: its history from 1907 to 1921”. Circumscribere: International Journal for the History of Science (bằng tiếng Anh). 22: 1–16. doi:10.23925/1980-7651.2018v22;1-16. ISSN 1980-7651. S2CID 239568887.
4. ^ Florides, Petros S. “Einstein's Equivalence Principle and the Gravitational Red Shift” (PDF). School of Mathematics, Trinity College, Ireland.
5. Chang, Donald C. (2018). “A quantum mechanical interpretation of gravitational redshift of electromagnetic wave”. Optik (bằng tiếng Anh). 174: 636–641. Bibcode:2018Optik.174..636C. doi:10.1016/j.ijleo.2018.08.127. S2CID 126341445.
6. Evans, R. F.; Dunning-Davies, J. (2004). "The Gravitational Red-Shift". arΧiv:gr-qc/0403082. 
7. ^ Scott, Robert B (2015). Teaching the gravitational redshift: lessons from the history and philosophy of physics. Spanish Relativity Meeting (ERE 2014). Journal of Physics: Conference Series (bằng tiếng Anh). 600 (1). tr. 012055. Bibcode:2015JPhCS.600a2055S. doi:10.1088/1742-6596/600/1/012055.
8. Gräfe, Franziska (23 tháng 10 năm 2020). “New study verifies prediction from Einstein's General Theory of Relativity — English”. Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 14 tháng 1 năm 2021.
9. Ashby, Neil (July 20–21, 2006). “Relativity in the Global Positioning System”. American Association of Physics Teachers. Truy cập ngày 14 tháng 1 năm 2021.