Гравитационное смещение спектральных линий

Примером эквивалентности гравитационных сил и сил инерции является гравитационное смещение спектральных линий (гравитационное «красное» смещение), теоретически предсказанное Эйнштейном.

Гравитационное «красное» смещение возникает, если наблюдатель в инерциальной системе отсчета неподвижен, но в ней имеется гравитационное поле напряженности g.

При распространении света по направлению гравитационного поля частота световой волны будет возрастать, а при распространении в противоположном направлении – убывать.

Величина смещения        ,

где n – частота определенной спектральной линии; n₀ – частота, воспринимаемая наблюдателем, покоящимся в инерциальной системе отсчета; d – расстояние, проходимое светом в поле тяготения.

В этом случае гравитационное «красное» смещение является следствием замедления времени вблизи массивного тела (Земли, Солнца и т. д.) и уменьшения частоты квантов света. Наблюдается в однородных и неоднородных гравитационных полях.

Замечание:

Причиной «красного» смещения может быть и оптический эффект Доплера при распространении светового сигнала из-за изменения расстояния между источником света и наблюдателем. Космологическое «красное» смещение наблюдается у далеких галактик и квазаров. Наличие космологического «красное» смещения согласно теории объясняется как взаимное разбегание галактик (квазаров) друг от друга. Кроме того, причиной «красного» смещения может служить смещение линий в спектре излучения сверхплотных звезд (белые карлики).

В 1959 г., используя эффект Мессбауэра, удалось наблюдать гравитационное «красное» смещение при распространении света в поле тяготения Земли. Проходимый светом путь сверху вниз составил всего 20 м (у Парсела – 22 м). Ожидаемое смещение 

                                             (n – n₀) / n₀ @ 2 × 10 ^-14.

Измерения дали близкий результат.

Это непосредственно является подтверждением принципа эквивалентности гравитационных сил и сил инерции.

Замечание 2: Кроме гравитационного «красного» смещения спектральных линий наблюдается гравитационное «фиолетовое» смещение спектральных линий, что вызвано взаимным сближением космических объектов.