410年前,意大利的比萨大学年轻教授伽利略通过落体实验发现了“自由落体定律”H=gt2/2①,同时伽利略还创立了加速度的概念,提出自由落体的速度满足关系式v=gt②。①②两式结合,即可得出mgH=mg2t2/2=mv2/2,即Ep=EK③。

后来人们由此得出了重力势能EP(今天所说的重力势能)转换为动能EK的规律。离如今的41年前,有人根据爱因斯坦的思想,用光子作“落体”,在塔上做竖直下“抛”实验,发现在重力场中运动着的光子同样遵循③。

(1)已知光子的质量m=EK/c2=hγ/c2,如果从高度为H的塔顶竖直向下发射的光子频率为γ0,那么当光子到达塔底时,其频率γ变为多少?在此过程中,光子的颜色是向红端移动还是向紫端移动?

(2)如果从质量为M、半径为R的天体表面沿径向向外辐射出频率为γ0的光子,那么该光子到达无穷远处时频率变为多少?(提示:以无穷远处为零势能点,质量为m的质点在上述天体表面的引力势能为EP=-GMm/R)

(3)如果定义上述天体由万有引力造成的光子频率的红移量,那么请写出天体质量与半径的比(M/R)跟引力红移(z)的关系式。

(4)已知太阳的引力红移z=2×10-6,半径为R;天狼星的伴星(一颗白矮星)的引力红移z=3×10-4,半径为R=0.0073R。求这颗星的密度是太阳密度的多少倍?(要求小数点后仅保留一位有效数字)。

 0  37091  37099  37105  37109  37115  37117  37121  37127  37129  37135  37141  37145  37147  37151  37157  37159  37165  37169  37171  37175  37177  37181  37183  37185  37186  37187  37189  37190  37191  37193  37195  37199  37201  37205  37207  37211  37217  37219  37225  37229  37231  37235  37241  37247  37249  37255  37259  37261  37267  37271  37277  37285  176998 

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