Такава е нашата време-пространствена област „в близост до повърхността на Земята“, където човечеството е „обитател“ и тази област е нашата „референтна време-пространствена област“ за физическата реалност.
Можем да сравним
„влиянието на гравитацията върху разпространението на светлината в региони с по-слаба гравитация“ и
„влиянието на гравитацията върху разпространението на светлината в региони с по-силна гравитация“.
Основната характеристика на нашата време-пространствена област е, че интензитетът на гравитационното поле е практически еднакъв, въпреки че силата на гравитацията намалява с увеличаване на надморската височина.
Според класическия електромагнетизъм:
Разпространение: В нашата референтна физическа област (както и във всяка времево-пространствена област с еднакъв интензитет на гравитационното поле), дължината на вълната (λ) и честотата (ν) на всяко електромагнитно лъчение от електромагнитния спектър не се променят при техното разпространение във вакуум.
Скорост: Това означава, че скоростта на електромагнитното лъчение във вакуум (c) също е постоянна (c = λν). Нещо повече, скоростта на електромагнитното лъчение във вакуум в локалния регион „близо до повърхността на Земята“ е локална константа за всяка вълна от електромагнитния спектър – всъщност е взаимна постоянна корелация (c = λν), която е еднаква за всяка електромагнитна вълна в целия електромагнитен спектър във всеки време-пространствен регион с еднакъв интензитет на гравитационното поле.
Енергия: Механичните вълни са трептения на материята (вибрации на материални частици) около неподвижна точка в среда с еластични характеристики. Енергията, която механичната вълна предава, всъщност е предаване на вибрации на материални частици в стационарното пространство (от частица на частица), но самите материални частици не се транспортират в средата на разпространение. След като й бъде даден тласък (на енергия), всяка материална частица вибрира по отношение на стационарна точка по отношение на средата на разпространение (въпреки че средата може да се движи). Ето защо при механичните вълни ефектът на Доплер се наблюдава, ако източникът или приемникът се движат в средата на разпространение (или средата на разпространение се движи спрямо източника или приемника).
Електромагнитните вълни обаче са напълно различни. Те са вълни, в които не участват материални частици. Енергията на електромагнитното лъчение е свързана с електрическите и магнитните полета, които съществуват върху (и в) пространството. При разпространение във вакуум в области с еднакъв интензитет на гравитационното поле, електромагнитните вълни не променят дължината на вълната (λ) и честотата си (ν), което означава, че електромагнитните кванти (фотоните) не променят енергията си в области, където интензитетът на гравитационното поле е еднакъв (равномерен). Енергията на електромагнитната вълна е свързана с електрическите и магнитните полета. В случай на електромагнитно поле във вакуум, натрупаната електромагнитна енергия в единицата обем „празно пространство“ (вакуум) „u“ (вижте формула (26)), се определя от сумата от енергийната плътност на електрическото поле плюс енергийната плътност на магнитното поле:
, където μ0 (магнитната проницаемост във вакуум) и ε0 (диелектрична проницаемост във вакуум) са константи в локалната време-пространствена област „в близост до земната повърхност“, където силата на гравитационното поле е еднаква, равномерна. Тук може също да се види връзката между енергията на единица обем „u“ и „плътността на вакуума“. С други думи, стигаме до извода, че:
“Празното пространство” е енергия, а електромагнитните вълни са енергийни вибрации на самото пространство!
От гледна точка на квантовата теория:
Разпространение: Както споменахме, електромагнитните кванти (фотони) се излъчват на квантово ниво. Те се разпространяват в неподвижното пространство и се движат в пространството (за разлика от механичните вълни, при които материалните частици вибрират около неподвижна точка в пространството). Те не променят своята енергия, не променят своята честота (и дължина на вълната), когато се разпространяват във вакуум във време-пространствена област с еднакъв интензитет на гравитационното поле.
Следователно тяхната скорост във вакуум не зависи от скоростта на източника. Те не променят енергията си (не променят честотата си), когато се разпространяват във вакуум.
Скорост: Скоростта на електромагнитните кванти (енергийни пакети) във вакуум (независимо от тяхната енергия) е локална константа (c = λν) във време-пространствена област с еднакъв интензитет на гравитационното поле. Електромагнитните кванти (фотони) се излъчват на квантово ниво, което означава, че скоростта във вакуум на излъчения квант не зависи от скоростта на източника.
Енергия: От гледна точка на квантовата теория, самите частици (кванти, фотони) са енергия (енергийни пакети). Енергията (самите нематериални частици) се разпространява в пространството. Електромагнитната енергия, която се пренася в пространството чрез електромагнитното лъчение, представлява, от една страна, броя на квантите (поток от енергийни пакети), преминали през единица обем със скоростта на светлината във вакуум. От друга страна, самите кванти (енергийните пакети) имат различна енергия (честота). При разпространение на електромагнитни вълни в област с еднакъв интензитет на гравитационното поле броят на квантите, преминали през единица обем, намалява, но самите кванти (фотони) не променят собствената си енергия (честотата ν), дължината на вълната λ и скорост c. В области с еднакъв интензитет на гравитационното поле, квантите могат да променят своята енергия (честота) само в случай на обмен на енергия (сблъсък) с материално тяло (тази промяна неправилно се счита от съвременната физика за ефект на Доплер, който не съществува при електромагнитни вълни).
Знаем, че електромагнитен квант се излъчва при преход между две свръхфини енергийни нива на атом. (Електромагнитният квант често се нарича фотон, въпреки че терминът „фотон“ е възникнал като обозначение на електромагнитния квант с енергия, съответстваща на видимата част от електромагнитния спектър). Всъщност, при преход между две специфични хиперфини енергийни нива на даден атом, излъчваната енергия (честота) на електромагнитното лъчение е фиксирана – което означава, че излъчваният квант е с фиксирана енергия и честота, съобразени с интензитета на гравитационното поле в полето в областта, където се намира атомът. Енергията на всеки излъчен или погълнат квант енергия от конкретен атом се дава от връзката на Планк. Тя е равна на разликата в енергията между участващата двойка квантови енергийни състояния на атома (Ephoton = E2 – E1 = ħν), където ν е честотата, ħ е константата на Планк и E е квантовата енергия. С други думи, „квантовите енергийни състояния“ на атома са фиксирани. Това определя точно постоянните разлики между двойките квантови енергийни състояния на атома, което от своя страна определя точно енергията на излъчените (или погълнати) фотони. Това определя специфичните атомни спектрални линии за конкретен атом. Например, емисионният спектър на атомарния водород е разделен на няколко спектрални серии, съобразени със специфичните преходи между енергийните нива на водородния атом (спектралната серия на водорода). Ето защо спектралните серии са важни в астрономическата спектроскопия за откриване на наличието на водород в звездите.
=> към страницата “Влиянието на гравитацията върху разпространението на електромагнитното лъчение и върху електромагнитните свойства на атомите”