Обсуждение:Эксперимент Паунда и Ребки

В статье на мой взгляд написана пара ахиней.

1. Из статьи: _Гравитационное красное смещение добавляется к доплеровскому смещению и гравитационный относительный сдвиг частоты можно оценить по изменениям легко регистрируемого доплеровского смещения._ Что означают слова "легко регистрируемого доплеровского смещения"? Источник излучения находится вверху, производит движение по вертикали, примерно как поршень в цилиндре, и излучаемые гамма-лучи имеют сдвиг по частоте в соответствии с формулой для эффекта Доплера. Внизу имеется резонансный поглотитель - тот же самый охлаждённый кристалл железа, и под ним нерезонансный детектор гамма-лучей. В некоторые моменты времени источник имеет скорость вверх такую, что излучаемые гамма-кванты в сумме с Доплеровским сдвигом (отрицательным) имеют частоту, совпадающую с частотой поглощения железа внизу. В этот момент детектор фиксирует уменьшение потока гамма-квантов, который является суммой количества гамма-квантов излучателя и поглотителя. По временному сдвигу между моментом уменьшения сигнала с детектора и нулевой вертикальной скоростью источника, точно определяется вертикальная скорость источника излучения. Она, кстати, близка к 1,98 см/сек, а относительное изменение частоты 2,46×10^-15. EugeniyG 19:21, 11 января 2012 (UTC)eugeneG

И что Вас смущает? То, что его регистрируют «нулевым» методом? --Melirius 23:27, 10 января 2012 (UTC)

Смущает термин "легко", хотя после описанного идёт обработка временного сдвига с применением принципов когерентной обработки данных. Очень тонкий опыт, с применением массы Ноу-Хау. Молодцы. EugeniyG 19:21, 11 января 2012 (UTC)eugeneG.

Так именно доплеровское смещение действительно легко — его и до этого эксперимента меряли. В этом случае же, как гласит известный исторический анекдот, сначала не были учтены температуры кристаллов, что давало странные результаты для смещения, и Джозефсон это первым понял. --Melirius 21:45, 11 января 2012 (UTC)

2. Из статьи: _Согласно принципу эквивалентности, изменение частоты света δν для фотона, испущенного в точке с гравитационным потенциалом ϕ1 и поглощённого в точке с гравитационным потенциалом ϕ2 равно . . . _ Совершенно не так. В самом начале статьи совершенно правильно написано: _проверка замедления хода времени в поле тяготения,_ и именно эти слова содержат цель и итог опыта. На самом деле фотон при перемещении в гравитации не испытывает изменений по частоте, а так называемое "Гравитационное смещение частоты" имеет своей природой разность в ходе времени в точке излучения и точке приёма - то есть производимое в опыте доплеровское уменьшение частоты излучения необходимо для компенсации замедления времени в месте расположения поглотителя излучения. . Смотрите также "Гравитационное красное смещение" http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B8 . Для статического гравитационного поля, гравитационное красное смещение можно полностью объяснить разностью темпа хода времени в точках с различным гравитационным потенциалом. Если в некоторой точке излучаются, например, сферические вспышки света, то в любом месте в области с гравитационным полем «временные» интервалы между вспышками можно сделать одинаковыми — путём соответствующего выбора временной координаты. Реальное же изменение измеряемого временного интервала определяется разностью темпа хода стандартных тождественных часов между мировыми линиями излучения и приёма. При этом в статическом случае абсолютно неважно, чем конкретно ведётся передача сигналов: световыми вспышками, горбами электромагнитных волн, акустическими сигналами, пулями или бандеролями по почте — все способы передачи будут испытывать абсолютно одинаковое «красное/фиолетовое смещение»[8].EugeniyG 19:21, 11 января 2012 (UTC)eugeneG

А вот тут всё верно в обоих статьях — локально измеряемая частота фотона изменяется, как я, собственно, и написал ранее в приведённом Вами фрагменте. --Melirius 23:27, 10 января 2012 (UTC)

Отсутствует акцент на слове "локально", создаётся впечатление, что фотон изменяет свою частоту, по умолчанию - для всех наблюдателей, в том числе удалённых. Я совершенно не удовлетворён терминами, употреблёнными в статье - "Гравитационное красное смещение" - при этом термине обязательна добавка - "как результат Гравитационного замедления времени" в точке излучения/приёма". В начале раздела "Описание опыта" необходимо вставить: Для определения разности хода времени в разнесённых по высоте точках использовано отличие частоты фотона, испущенного в верхней точке, от измеренной частоты того же фотона в нижней точке. Поскольку фотон при перемещении в гравитационном поле не изменяет собственную частоту, разность в измерении частот в верхней и нижней точках указывает на разность хода времени в этих точках. EugeniyG 19:21, 11 января 2012 (UTC)eugeneG

Гхкм, не вижу проблемы: частота, как и время, по их метрологическому определению локальные величины, ассоциированные с мировой линией наблюдателя. Кроме того, как Вы, вероятно, знаете, инвариантным образом в нестатическом пространстве-времени гравитационное красное смещение от доплеровского отделить нельзя, хотя именно здесь такая добавка — "как результат различного гравитационного замедления времени в точках излучения и приёма" — возможна. Второй фрагмент можно добавить, но надо несколько уточнить, так как «собственной частоты» фотон вообще не имеет, а правильная формулировка того, что Вы хотели этим сказать, займёт много места и явно не добавит ясности изложению (нужно вводить статические координаты и координатную частоту). Предлагаю: Для определения разности темпа хода времени в разнесённых по высоте точках использовано измерение частоты фотонов в двух точках вдоль их траектории: в верхней точке испускания и в нижней точке поглощения. Разность в измеренной частоте в верхней и нижней точках указывает на разность хода времени в этих точках. --Melirius 21:46, 11 января 2012 (UTC)

Ваши предложения: хотя именно здесь такая добавка — "как результат различного гравитационного замедления времени в точках излучения и приёма" — возможна Также: Предлагаю: Для определения разности темпа хода времени в разнесённых по высоте точках использовано измерение частоты фотонов в двух точках вдоль их траектории: в верхней точке испускания и в нижней точке поглощения. Разность в измеренной частоте в верхней и нижней точках указывает на разность хода времени в этих точках Согласен. Улучшать можно до бесконечности, я останавливаюсь. EugeniyG 20:25, 12 января 2012 (UTC)

Второе и третье объяснения эксперимента не правильны, см. статью Окунь Л. Б., Селиванов К. Г., Телегди В. Л. «Гравитация, фотоны, часы». УФН, 1999, том 169, № 10 https://ufn.ru/ru/articles/1999/10/d/ (п.5). В настоящее время экспериментально доказано, что гравитационное красное смещение вызывается замедлением времени в точках с большим гравитационным потенциалом. Это подтверждается разницей в показаниях квантовых часов, например, опыт Хафеле-Китинга. Поэтому в системе отсчета наблюдателя сдвиг частоты фотона будет иметь место уже в момент излучения в расположенной выше или ниже точке. Согласно второму и третьему объяснениям энергия и импульс фотона постепенно меняются при прохождении его от источника к наблюдателю. Если бы это было бы так, смещение частоты было бы двойным по сравнению с наблюдаемым. Я не буду вдаваться здесь в подробности как меняется энергия и импульс фотона в различных системах отсчета, но отмечу, что об этом можно прочитать в теме https://en.wikipedia.org/wiki/Fermat%E2%80%99s_and_energy_variation_principles_in_field_theory и ссылках к ней. WBv 16:42, 14 декабря 2019 (UTC)

• По-вашему, фотон уже в момент своего рождения заранее "знает", в какой точке пространства находится наблюдатель, который измерит его частоту в момент поглощения детектором? - Arventur 14 декабря 2019 (UTC)

Знает или не знает что-либо фотон это не существенно в данном эксперименте.

• Согласно второму и третьему объяснениям энергия и импульс фотона постепенно меняются при прохождении его от источника к наблюдателю - ничего подобного не утверждается в объяснении эффекта на основе законов сохранения импульса и энергии. Указывается лишь, как исходя из законов сохранения импульса и энергии можно получить формулу эффекта. - Arventur 15 декабря 2019 (UTC)

Это следует из формул $h\nu _{0}=h\nu _{1}+mgH$ и $p_{1}-p_{0}=-mg\Delta t$. Энергия и импульс здесь меняются постепенно, по мере прохождения фотоном расстояния между точками его испускания и регистрации детектором.WBv (обс.) 21:00, 15 декабря 2019 (UTC)

• Энергия и импульс здесь меняются постепенно - это ваши домыслы, такой информации в этих формулах нет. Эти формулы утверждают лишь, что разность энергий фотона в точках испускания и поглощения в соответствии с законом сохранения энергии равна работе силы тяжести, разность импульсов фотона в точках испускания и поглощения определяется импульсом силы тяжести за время полета фотона. Что происходит с фотоном "во время полета", эти формулы ничего не говорят. - Arventur (обс.) 16 декабря 2019 (UTC)

Рассмотрим задачу следующим образом: возьмем два источника фотонов, испускающих их рядом на одинаковой частоте, и переместим один из них в верхнюю точку. Согласно второму и третьему обоснованиям фотоны, испущенные в верхней точке при регистрации внизу приобретут прибавку энергии $mgH$ и импульса $mg\Delta t$. С другой стороны, согласно экспериментам квантовые часы, ход времени которых определяется частотой испускания фотонов, идут в верхней точке быстрее на относительную величину ${\frac {\delta t}{t}}={\frac {\delta \nu }{\nu }}={\frac {gH}{c^{2}}}.$ Таким образом, если бы действовали 2е и 3е объяснения, регистрируемое внизу изменение частоты фотонов от эталонного источника, расположенного вверху, было бы двойным по сравнению с наблюдаемым в опыте Паунда и Ребки. Законы сохранения энергии и импульса, используемые для материальной частицы, для фотона в гравитационном поле не применимы. То, что энергия и импульс материальной частицы меняется постепенно при движении вниз, хорошо известно из классической механики. Так на высоте H/2 ее энергия и импульс прибавились бы на половину от прибавления в нижней точке. WBv (обс.) 18:54, 16 декабря 2019 (UTC)

• Вы забыли очень важную деталь - в рамках классической механики время абсолютно, такого явления, как замедление времени нет. Расcуждения с энергией и импульсом фотона были проведены в рамках классической физики. Конечно, строго говоря, применение понятий классической физики к фотону изначально некорректно. Тем не менее, формула для эффекта получается правильная. - Arventur (обс.) 20 декабря 2019 (UTC)

Некорректность применения Ньютоновской гравитации к фотону заключается в том, что его отклонение в поле тяготения в два раза больше, чем материальной частицы. И с точки зрения Ньютоновской гравитации это означает, что на него действует сила в два раза больше, чем на материальную частицу эквивалентной энергии. Поэтому здесь правильный результат получается при ошибочной постановке задачи.