Om lysets hastighed


   > Hi there,
   >
   > (I'll ask this question in english since i am better at phrasing questions etc than in danish. I can
   > read and understand danish very well, otherwise, so i have no objection in receiving an answer to my
   > question in danish.)
   >
   > my question is as follows:
   >
   > If light is bent in space by the gravity of large objects - as is evident it is, does gravity then
   > attract light? In other words; If I was to stand on the surface of a large object like jupiter (unlikely,
   > I know since it is a gas giant - but for arguments sake..) would the light that reaches me from the sun
   > be traveling slightly faster than if i were to measure the speed of light that reaches me from the sun
   > when standing on earth? Can the speed of light remain constant if it is influenced by gravity?
   >
   > thank you,
   >
   > My name is Damian Roux


Hej Damian,

Tak for spørgsmålet. Undskyld ventetiden, men det krævede lige lidt betænkningstid.

Lysets hastigheds konstans er en forudsigelse af elektrodynamikken, og en eksperimentelt bekræftet
forudsætning for den specielle relativitetsteori, der kun udtaler sig om såkaldte inertialsystemer.
Et inertialsystem er en referenceramme, der ikke accelererer eller er påvirket af tyngde- eller nogen
anden kraft, f.eks. den referenceramme som man oplever, hvis man svæver rundt ude i rummet,
langt fra Jorden, men også den man (lokalt) oplever, hvis man er i kredsløb om — eller i frit fald
mod — Jorden.

10 år efter, at Einstein havde formuleret denne teori, udvidede han den til den generelle relativitets-
teori, der som navnet antyder gælder for alle referencerammer. I denne teori beskrives tyngdekraften
ikke som en kraft, der hiver i diverse legemer. I stedet beskrives rumtiden som om den er i stand til
at "krumme" i nærheden af tunge legemer. Som i den specielle relativitetsteori bevæger legemer såvel
som lysstråler sig altid i rette linier i rummet, men hvis rummet er krumt, bliver banen set fra en
observatør på afstand opfattet som buet. Afstande i nærheden af tunge legemer bliver længere,
og det samme gælder tidsintervaller: Tiden går simpelthen langsommere, jo kraftigere tyngdefelt man
befinder sig i. Dette føler man dog ikke selv, hvis man er i et tyngdefelt, eftersom alt sker langsommere.

Derfor er svaret på dit spørgsmål følgende:

Hvis du er i frit fald på vej ned mod Jupiter (eller Jorden, eller et sort hul, etc.), og en lysstråle fra
Solen også er på vej ned mod Jupiter, og du måler dens hastighed idet den passerer dig, vil både
du og den befinde sig i samme referenceramme, og du vil derfor måle dens hastighed til "lysets
hastighed" (der benævnes c).

Hvis du derimod sad langt fra Jupiter, og betragede lyset bevæge sig ned mod overfladen, ville du
se det bevæge sig langsommere og langsommere, indtil det nåede overfladen. Effekten er ikke
særlig stor hvis det er Jupiter eller Jorden, men hvis det var et sort hul, ville lyset — eller noget som
helst andet — faktisk aldrig nå overfladen, da dette ville kræve uendelig lang tid. Dette gælder altså
for en ekstern observatør, men for en observatør der selv faldt ned mod det sorte hul, ville han hele
tiden måle hastigheden af det lys der passerer ham til at være c (i hvert fald indtil han passerer over-
fladen; derefter er man ikke helt sikre på hvad der sker).

Hvis derimod — sådan som du spørger om — du selv står på overfladen af Jupiter, vil din tid hele
tiden gå langsommere end tiden fjernere fra Jupiter, og derfor vil lyset fra Solen fra din synsvinkel
bevæge sig med en hastighed større end c, men hele tiden mindskes jo tættere det kommer på dig,
indtil det til sidst, idet det rammer den lyshastighedsmåler du står med i hånden, er kommet ned på c.

For at sammenfatte: Lysets hastighed er lokalt set altid c, men for en ekstern observatør kan det
måles til at være mere eller mindre end c, hvis man befinder sig i et andet tyngdefelt. Man kan dog
vælge at opfatte det som om, at lyset stadig bevæger sig med c = 300.000 km/s, men at både en
kilometer og et sekund ikke er nogen faste størrelser.

Bedste hilsener,
Peter Laursen

(Du kan se flere svar til interesserede læsere her, under "Brevkasse".)