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无限红移面

作者:百科科普

无限红移面是指光在这个面上发生无限红移,即光从一个边界射出后到达任意地点的波长为无穷大,这一边界就是无限红移面

无限红移面详细介绍

无限红移面是指光在这个面上发生无限红移,即光从一个边界射出后到达任意地点的波长为无穷大,这一边界就是无限红移面

无限红移面一般出现于黑洞时空,然而,闵氏时空也有存在无限红移面的稳态参考系。

无限红移面定义

无限红移面是稳态时空中的一张二维超曲面,满足从该面出发的外向类光测地线到达任意点的波长均为无穷大.,即红移因子为无穷大。

无限红移面性质

无限红移面可借由稳态时空中稳态参考系的度规00分量表出:超曲面

即为无限红移面,理由如下:

考虑稳态时空的两个稳态观者G和G',G于P点发出的光被G'于p'点接收到,设观者四速为

,光的四波矢为

,则根据光四波矢的3+1分解,G和G'测得的光的频率分别为

由于稳态观者四速与类时

场平行,有

,两边用降指标四速缩并,得

在稳态坐标系计算,有

考虑稳态坐标系四速第0分量为

,代入上式得

,故两个频率可写成

,由于

场和四波矢的内积在类光测地线上为常数,代入上边计算的

我们可以得到

,发生无限红移要求

,于是要求发射位置处的

,证毕

无限红移面应用

1960年Pound和Rebka利用穆斯堡尔效应完成第一次引力红移实验,验证了广义相对论的正确性。

一般科普文中常说的掉入黑洞所需时间在外界看来为无穷大,实质上就是径向下落时物体发光的红移,物体发出的光在靠近无限红移面(对于史瓦西黑洞而言无限红移面重合于事件视界)时到达外界的波长趋于无穷。

当然这综合考虑了史瓦西时空静态观者的引力红移和同一点的多普勒红移。

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