¿Cuáles son las consecuencias fotón/electrón de la materia en una dilatación del tiempo gravitacional?

Así que vi la película Interestelar y me hizo pensar. Ni siquiera mencionaré todos los agujeros de la trama, pero quería preguntar sobre un planeta que orbita alrededor de un agujero negro. Siempre pensé que tenías que viajar cerca de la velocidad de la luz para experimentar la dilatación del tiempo.

  1. Si apuntas con un potente telescopio a las personas en la superficie del planeta, ¿las verás moviéndose muy lentamente?
  2. Dado que los fotones no experimentan la dilatación del tiempo y siempre se mueven a la misma velocidad, ¿aparecerá la superficie de ese planeta y los objetos más oscuros, casi tenues y negros?
  3. Cuando un fotón es absorbido por un átomo en la superficie y luego es descargado y reflejado, ¿la velocidad orbital del electrón del átomo es más lenta con respecto a la velocidad de la luz, y la absorción también es más lenta con respecto a la velocidad de la luz?
  4. ¿Incidiría más luz en un radiómetro por unidad de tiempo desde la perspectiva del radiómetro y haría que girara más rápido o más lento (tiempo del radiómetro, revoluciones/s)? ¿No habría una acumulación de 'presión ligera' porque los átomos no podrían absorber y reflejar los fotones tan rápidamente?

La dilatación del tiempo gravitonal es una parte de la relatividad general. La dilatación del tiempo debida a la velocidad es relatividad especial.
Chloe, cuando se pasa el cursor sobre el botón de voto positivo, el contenido del cuadro flotante es: "Esta pregunta muestra un esfuerzo de investigación; es útil y clara". Si bien su(s) pregunta(s) está(n) bien escrita(s) y es clara, no se muestra ningún esfuerzo de investigación. Sin embargo, dada la popularidad de "Interestelar", me pregunto en voz alta si este sitio debería tener una 'pregunta maestra' "Interestelar" con enlaces a varias preguntas y respuestas relacionadas.
@AlfredCentauri Gracias. Leí todas las preguntas "relacionadas" en la barra lateral. Podría haber preguntado en movies.stackexchange.com, pero quería una respuesta más rigurosa de un físico.
Chloe, pareces estar en el camino correcto. Pero para las preguntas 3 y 4 deberá especificar qué quiere decir con "más lento". ¿Quiere decir más lento como se observa en el telescopio superpoderoso mencionado en 1, o más lento como lo observa alguien en ese planeta? De hecho, una persona en ese planeta no encontraría ninguna diferencia observable en casi todos los aspectos, dada la suposición en la película de que se trata de un agujero negro supermasivo.

Respuestas (2)

OK, vamos a tomar sus preguntas una por una.

  1. Teóricamente, la respuesta es sí. Si logra observar a las personas en el planeta desde un área que no esté cerca de ninguna masa significativa, verá que las personas se mueven mucho más lentamente, los relojes funcionan más lento, etc.

  2. Aunque la velocidad de la luz es una constante en el vacío, la frecuencia de la luz será diferente para un observador externo. Toda la escena se desplazaría hacia el rojo. En esencia, la luz que detectarías parecería tener menos energía que la luz que salió del planeta.

Si el planeta tiene un campo gravitatorio lo suficientemente grande, puede encontrar que lo que puede 'ver' es en realidad parte de la parte de rayos X o ultravioleta del espectro, que se ha desplazado hacia el rojo a una frecuencia que puede ser percibida por el ojo. Dado que hay muchas menos fuentes de rayos X y luz ultravioleta, vería una escena tenue, casi negra. ninguno reflejado Además, la luz en la parte superior del espectro se absorbe más fácilmente que se refleja.)

  1. Cuando dice más lento con respecto a la velocidad de la luz, quiere decir más lento de lo que sería para un observador de superficie. Si es así, entonces la respuesta es sí. La gravedad es responsable de la dilatación del tiempo, lo que haría que todo en el planeta pareciera más lento para un observador externo. Según tengo entendido, la velocidad de la luz aquí es solo una velocidad de referencia. Corrígeme si estoy equivocado.

  2. Dado que la escena estaba desplazada hacia el rojo, los fotones que golpean el radiómetro (llevados por un observador externo) tendrían menor energía y, por lo tanto, menor impulso. La presión de radiación sería menor. Al menos a mi entender.

Más guau. Imagino que en el espacio, sin gravedad, un átomo obtendría 1 fotón por revolución de electrones. En el pozo de gravedad, un átomo obtendría 2 fotones por revolución de electrones. Tenía curiosidad por saber qué sucede con los fotones adicionales: ¿podrían procesarse? Redshifting se encarga de eso, ya que son menos energéticos, todo se equilibra. Tal elegancia.
Con respecto a la luz reflejada: ¿la luz visible que cae no se desplazaría hacia el azul a longitudes de onda más altas, se reflejaría en varias superficies y se desplazaría hacia el rojo de nuevo a la luz visible al salir? Estoy asumiendo que la luz que cae sobre el planeta del universo en general.

Debido a la dilatación del tiempo gravitacional, para un observador del planeta, la frecuencia de la radiación electromagnética sería más lenta. La luz visible emitida por el planeta aparecería como infrarroja o microondas. La amplitud de la radiación no cambiaría. Dado que la frecuencia disminuye mientras que la amplitud permanece constante, el radiómetro recibiría menos energía acumulada y giraría más lento.

No creo que haya ningún cambio en la velocidad a la que un átomo absorbe un fotón. La velocidad de la luz es infinitamente más rápida de lo que puede viajar la masa. Los objetos dentro de un pozo de gravedad masiva absorben fotones de la misma manera que lo hacen los objetos en el espacio abierto.

¿Cuáles son las consecuencias fotón/electrón de la materia en una dilatación del tiempo gravitacional?
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