Gravitasjonell rødforskyvning — og tvillingen i romskipet

Hva viser visualet?

Når lyset forlater en stjernes overflate, må det bevege seg ut av stjernas gravitasjonsfelt — opp av gravitasjonsbrønnen. Da mister fotonene energi, frekvensen synker og bølgelengden øker. I figuren vokser bølgelengden til 1,9 ganger startverdien på veien ut. Lyset blir rødforskjøvet: λ₁ > λ₀.

Til høyre står tvillingsituasjonen. I et romskip som akselererer oppover, sendes lys fra gulvet mot taket. Mens lyset er på vei, har taket fått større fart bort fra lyset, og mottakeren måler lavere frekvens. Ekvivalensprinsippet sier at de to situasjonene ikke kan skilles fra hverandre.

Dette er ikke det samme som kosmologisk rødforskyvning. Her er årsaken massen og gravitasjonsbrønnen; i Hubbles lov er årsaken at universet utvider seg og at galaksen fjerner seg fra oss. Å blande dem er en av de vanligste feilene på eksamen.

Slik leser du visualet

Merkene under står også i bildet.

1. 1. Opp av gravitasjonsbrønnen. Fotonet mister energi på vei ut: frekvensen synker og λ øker.
2. 2. Romskipet gir det samme. Taket har fått fart bort fra lyset når det kommer fram.
3. 3. Ikke bland med Hubble. Her er massen årsaken, ikke at universet utvider seg.

Nøkkelbegreper

• gravitasjonell rødforskyvning
• gravitasjonsbrønn
• ekvivalensprinsippet
• dopplerforskyvning
• fotonenergi
• kosmologisk rødforskyvning

På prøve og muntlig-praktisk

Går igjen i fire av de seks Udir-settene. Høst 2025 oppgave c: lys fra en stjerne blir rødforskjøvet på vei ut av gravitasjonsbrønnen. Vår 2024 oppgave b2: både romskipet på en planet og det akselererende romskipet gir lavere frekvens. Vår 2025 oppgave s: λ₁ > λ₀ i begge tilfeller. Vår 2026: lysfarten i vakuum er alltid c, den øker ikke når lyset bøyes.

Kildegrunnlag

/mnt/user-data/uploads/ifingono/src/content/fysikk2/eksamen-host-2025.html, /mnt/user-data/uploads/ifingono/src/content/fysikk2/eksamen-var-2024.html, /mnt/user-data/uploads/ifingono/src/content/fysikk2/eksamen-var-2025.html, /mnt/user-data/uploads/ifingono/src/content/fysikk2/eksamen-var-2026.html og https://www.ifingo.no/fysikk2/kosmologi-og-moderne-fysikk