光沒有質(zhì)量可是有能量,黑洞是缺失能量天體,自然就能吸收光的能量,,,黑洞是宇宙大爆炸后留下的一個宇宙坑,是缺失天體,,,
要想理解光子是否會受到黑洞的吸引,需要解決兩個問題,其一是引力的物理機(jī)制,其二是光子的本質(zhì)。
自上個世紀(jì)以來,人類的認(rèn)識超出了宏觀的范圍,使作為物理背景的空間效應(yīng)逐漸地顯現(xiàn)了出來,比如任何物體都具有波動性。
此外,普朗克常數(shù)h的被發(fā)現(xiàn),說明我們的宇宙是量子化的。還有一個發(fā)現(xiàn)也是意義非凡的,盧瑟福用電子轟擊原子,意外地發(fā)現(xiàn),只有極少量的電子被反射回來。這說明原子的質(zhì)量集中于很小的區(qū)域,原子的體積是由電子高速運(yùn)動所形成的。
綜上所述,宇宙是由量子構(gòu)成的,而且空間不空和物質(zhì)不實。由此,我們獲得了一個有機(jī)的量子景觀:
離散的基態(tài)量子構(gòu)成空間,受到激發(fā)的量子成為光子屬于能量的范疇,由高能量子組成的封閉體系就是物質(zhì)。
于是,宇宙中的一切物理現(xiàn)象,都可以歸結(jié)為空間量子的不對稱碰撞。比如,高速運(yùn)動和加速運(yùn)動以及微觀粒子的存在,都會引起空間量子的不對稱碰撞,從而使物體的速度受到空間的限制,使物體具有慣性,使微觀粒子具有顯著的波動性。
萬有引力也不例外,同樣是由量子的不對稱碰撞所引起的。作為封閉體系的物質(zhì),其封閉性小于1,會對外輻射熱能使空間量子獲得能量。由于能量高的量子會降低物質(zhì)的封閉性,所以兩物體內(nèi)外側(cè)的量子碰撞是不對稱的,由此形成的空間壓力差就是萬有引力。
上述引力機(jī)制,要求受力物體具有兩個特性,其一是擁有體積,其二是輻射熱量。對于封閉體系的物質(zhì),顯然是滿足這兩個條件的。所以,任何物質(zhì)都會彼此吸引,并由此稱之為萬有引力。
光子的情況比較特殊,本質(zhì)上其僅只是離散的量子。雖然,量子的角動量是普朗克常數(shù)h且大于零,說明量子具有質(zhì)量和體積。但是,量子的質(zhì)量非常小,其對外輻射的熱能遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于作為封閉體系的物質(zhì)輻射的能量,兩者屬于不同的層次。所以,就萬有引力而言,量子的輻射是可以忽略不計的。
于是,作為激發(fā)量子的光子,只能借助其體積感受空間量子的不對稱碰撞。也就是說,光子對光子或?qū)ξ镔|(zhì)都不具有吸引力,然而物質(zhì)卻能夠?qū)庾赢a(chǎn)生吸引力。如果光子的能量增大,光子的等效體積就會變大,對此可以用光子的動質(zhì)量來表示。
至于黑洞的情況,由于其密度及其巨大,使物質(zhì)的運(yùn)動和斥力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法抗拒引力的吸引,會無限地聚集在一起,相互擠壓,使封閉體系解體,還原為離散的量子。所以,黑洞是一個由高能量子組成的巨大的封閉體系,與電子和質(zhì)子屬于同一層次的物質(zhì)。
綜上所述,光子會受到黑洞的吸引落入其中。然而,一旦處于黑洞之中,光子之間就不再有引力了,只存在著相互之間的彈性碰撞,由引力轉(zhuǎn)變?yōu)槌饬Α_@也是為什么,黑洞最終會在巨大的爆發(fā)中,結(jié)束其詭異的一生。
首先我們先探討一下:光到底有沒有質(zhì)量?
愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,告訴我們:質(zhì)量里其實還有能量,能量里其實還有質(zhì)量,它們是一個東西的兩個面。
光的本質(zhì)應(yīng)該認(rèn)為是“光子”,它具有波粒二相性。光具有能量,因此它也具有質(zhì)量,只不過它的質(zhì)量應(yīng)該是它的能量除以光速的平方,也就是:m=E/c^2,而我們把這個“質(zhì)量”也叫做動質(zhì)量。
因此,光并不是沒有質(zhì)量,它有動質(zhì)量,但是靜止質(zhì)量為0。
那么,黑洞為什么可以吸引光?
這就得從黑洞的演化過程說起:當(dāng)一顆恒星衰老時,它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料,由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍,直到最后形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑),質(zhì)量導(dǎo)致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——“黑洞”就誕生了。
黑洞的體積接近無限小、密度幾乎無限大,使得黑洞具有巨大的質(zhì)量,因此引力極其強(qiáng)大,使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。所以它扭曲了一定范圍的宇宙空間,當(dāng)空間被彎曲之后,光只能沿著彎曲的空間前進(jìn)。這就好像你面前有一條路,如果這條路突然拐了個彎,你也只能順著拐彎的路前進(jìn),而光也是一樣的,當(dāng)前進(jìn)的路被彎曲之后,它也就彎曲了。
所以簡單的說:不是黑洞吸引了光,而是光順著黑洞扭曲的空間,走進(jìn)了黑洞里面。黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體。
結(jié)語:
北京時間2019年4月10日21時,人類首張黑洞照片面世。
該黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質(zhì)量約為太陽的65億倍。它的核心區(qū)域存在一個陰影,周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)。
光沒有靜質(zhì)量,不會受到引力作用。但按照愛因斯坦的廣義相對論,引力場中的時間-空間不再是平坦而是彎曲的。愛因斯坦早就預(yù)言,當(dāng)光線經(jīng)過太陽這樣的恒星就會發(fā)生偏折,愛丁頓等就通過天文觀測驗證了相對論的預(yù)言。對于黑洞這樣大質(zhì)量和強(qiáng)引力的天體,更是會造成強(qiáng)烈的時空彎曲,導(dǎo)致光線因為時空的彎曲而無法逃逸。
黑洞是密度極大的天體,巨大的質(zhì)量和強(qiáng)大的引力使得其表面的逃逸速度大于光速,包括光在內(nèi)的所有都無法逃逸。根據(jù)相對論,當(dāng)大質(zhì)量天體坍縮時,其表面的時空會發(fā)生彎曲,一旦坍縮到黑洞這樣的致密程度,黑洞就相當(dāng)于時空中的一個奇點(diǎn),黑洞表面的時空已經(jīng)彎曲的連光線都無法逃脫了。
人們也把黑洞周圍逃逸速度等于光速的界面稱為視界,物質(zhì)和光等輻射只能從視界外進(jìn)入黑洞,而無法從視界中逃脫。所以黑洞的視界就是分割線,以內(nèi)的物質(zhì)和信息都無法向外傳遞。除了霍金預(yù)言的黑洞輻射之外,黑洞就是這樣一個只吃不吐的家伙。
謝邀請!
原創(chuàng)思想,光子雖說是沒有什么質(zhì)量,但光子是屬于電磁場性質(zhì)的,而黑洞由于是有著極其強(qiáng)大的引力性作用,是可以扭曲著時空性而改變著電子磁場性的物質(zhì)運(yùn)動性的,而就可以將光子吸引到黑洞去了,或是瞬間性的使到光子失去了波粒二象性的運(yùn)動性了,而只能回復(fù)到單一性質(zhì)的波或粒的或真空場的狀態(tài)性了,而就不能再成為會發(fā)光的光子狀態(tài)了。如果是這樣的,那黑洞的性質(zhì),就是既可吸引著光子的而又可改變著光子的磁場性質(zhì)的了,就算光子是沒有質(zhì)量性的而亦被黑洞巨大的引力性場而改變著或影響著其它質(zhì)量性產(chǎn)生出來場的運(yùn)動性了。但不知是不是這樣的認(rèn)為,而下面就交給磚家們繼續(xù)的討論吧!
這是個非常有價值的問題。這個問題需要重點(diǎn)討論兩個問題:一個是光的本質(zhì)問題,另一個就是黑洞影響光線傳播的問題。
首先關(guān)于光的本質(zhì),目前我們認(rèn)為的是光具有波粒二象性,也就是說光既是波,又是粒子。這兩者并不沖突。說到這兒就要講到一個看似不是很出名實則個人十分欽佩的物理學(xué)家——德布羅意。作為一個因為興趣愛好而半路出家的物理愛好者,卻發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)具有波動性,從而統(tǒng)一了物質(zhì)和場,成為了波動力學(xué)的創(chuàng)始人。德布羅意的發(fā)現(xiàn),將物質(zhì)和波統(tǒng)一到了一起,也就是說光既是一種粒子,又是一種波。單個光子出現(xiàn)的位置有一定的偶然性,但一旦粒子數(shù)目多了,就會服從一定的統(tǒng)計規(guī)律了。那說到這兒,就得討論光究竟有沒有質(zhì)量這個問題了,因為這直接關(guān)系到下一個問題的討論。
目前的主流觀點(diǎn)認(rèn)為光子沒有質(zhì)量,一旦一個粒子有哪怕一丁點(diǎn)兒質(zhì)量,它的速度都不會達(dá)到光速,因為在無限接近光速的時候,其質(zhì)量也變得無限大,如果再加速就需要無窮的能量。因此只有沒有質(zhì)量的光子才可以達(dá)到宇宙的最高速度——光速。但光子攜帶能量,根據(jù)光子攜帶的能量有公式可以計算光子的質(zhì)量,攜帶的能量越大其質(zhì)量也就越大。因此,我們說光子沒有靜質(zhì)量,只有動質(zhì)量,我們也不可以把一個光子囚禁讓其靜止,光子必須時刻保持光速運(yùn)動。
那黑洞是怎樣影響光線傳播的呢?難道是因為光子有質(zhì)量而將光子主動拉進(jìn)黑洞里去了嗎?個人認(rèn)為應(yīng)該不是這樣的。根據(jù)相對論的說法,引力實際上是時空彎曲的表現(xiàn),也就是說大質(zhì)量的物體其周圍的空間本身就不平坦,而光線總是沿著它認(rèn)為的最短距離前進(jìn)。這樣,在空間彎曲后光線也就彎曲了。當(dāng)空間彎曲程度很大的時候,光線前進(jìn)的最短距離就是黑洞內(nèi)部了,因此光線就逃脫不了黑洞了。
最后說點(diǎn)自己腦子也沒有轉(zhuǎn)過彎來的題外話。這個根據(jù)高中物理公式很輕松得出來的結(jié)論到底有什么問題?自己覺得不對勁但想不出問題出在哪。公式如下:mv2÷r=GMm÷r2,這其中的m,也就是環(huán)繞物體的質(zhì)量是可以約掉的。也就是說和環(huán)繞物體質(zhì)量沒有關(guān)系。這個可以作為這個問題的解釋嗎?是不是強(qiáng)引力、微觀、高速狀態(tài)不適用?似乎有些不對。懇求各位大神幫忙解惑,不勝感激。
如果根據(jù)牛頓萬有引力定律,重力對質(zhì)量為零的粒子沒有作用,所以重力不會影響光。事實上,根據(jù)牛頓的萬有引力定律,黑洞就不應(yīng)該存在,無論引力有多強(qiáng),光總是能夠逃逸的。然而,牛頓萬有引力定律只有在某些情況下是正確的,當(dāng)粒子的速度比光速慢得多和引力很弱時。當(dāng)研究黑洞的工作原理時,需要考慮更普遍的引力定律,也就是愛因斯坦的廣義相對論。
根據(jù)廣義相對論,引力不是一種力!而是時空中的一種扭曲,任何大質(zhì)量物體都會扭曲它周圍的時空,質(zhì)量越大,時空扭曲越厲害(上圖)。引力影響任何有能量的東西,廣義相對論中的引力源被稱為應(yīng)力-能量張量,包括能量密度、動量密度、能量通量、動量通量(包括剪應(yīng)力和壓力)等。雖然光沒有靜止質(zhì)量,但它仍然有能量,因此在廣義相對論中會受到引力的影響。因為E=mc2,質(zhì)量貢獻(xiàn)了大量的能量——所以,質(zhì)量大的物體有很強(qiáng)的引力場,其他項可以忽略不計,這就是為什么牛頓引力定律如此有效的原因。
所以當(dāng)光穿過一個大質(zhì)量物體周圍扭曲的時空時,看起來是會發(fā)生彎曲,但其實只是大質(zhì)量物體周圍的時空扭曲了,光線在這個彎曲的時空中還是沿著一條直線傳播。光還是走了最短的路徑,雖然看起來有點(diǎn)彎曲,像是影響了光的運(yùn)動。而黑洞這使空間彎曲成一個點(diǎn),因此,光其實沿著“直線”進(jìn)入黑洞的。
上圖的引力透鏡效應(yīng)的觀測驗證了愛因斯坦廣義相對論的正確性。
總結(jié)一下就是:牛頓認(rèn)為在沒有其他力的作用下,物體會沿直線運(yùn)動;愛因斯坦接道,是這樣的,但是直線在彎曲的空間中不是直線。
這個問題單純用牛頓萬有引力確實無法解釋,只有借助愛因斯坦的相對論才能比較完美的解釋。
方法一:光子雖然沒有靜質(zhì)量,卻有動質(zhì)量。
根據(jù)大名鼎鼎的愛因斯坦質(zhì)能方程:E=MC2,因為光子具有能量,所以它就應(yīng)該有質(zhì)量,這個質(zhì)量就叫動質(zhì)量。
既然光有質(zhì)量了,當(dāng)然就可以被黑洞吸住了,但這個解釋其實并不完美,因為嚴(yán)格來說這個所謂的動質(zhì)量只是一個等效于質(zhì)量的概念,可以說只是一個假象的質(zhì)量。
因為光速要保持不變,光子就必須沒有質(zhì)量,為了解決這個問題,愛因斯坦才提出了動質(zhì)量的概念,與我們常說的靜質(zhì)量具有等效的物理價值。
等效但畢竟不是啊,這樣的解釋難免給人一種混淆的概念,有投機(jī)取巧的嫌疑。
方法二:廣義相對論的時空觀,沒有引力,只有扭曲的空間與時間。
廣義相對論把引力用更直觀的空間幾何變化來表現(xiàn)。在愛因斯坦看來根本沒有什么引力,所謂的引力實際上是大質(zhì)量天體對時空的扭曲。
不管是天體還是光,都在時空中運(yùn)動,時空扭曲了,它們的運(yùn)行軌跡自然就跟著改變了,實際上它們都在“勻速直線運(yùn)動”,或準(zhǔn)確地說按空間的測地線(也叫短程線)運(yùn)行。
地球圍繞太陽轉(zhuǎn),是因為太陽的質(zhì)量將它周圍的空間扭曲,地球運(yùn)行的測地線剛好在某個位置被扭曲了一個圈,就是地球的公轉(zhuǎn)軌道。
而黑洞巨大的質(zhì)量把時空扭曲地更加嚴(yán)重,在它的史瓦希半徑內(nèi),即事件視界內(nèi),所有的測地線都向中心的奇點(diǎn)扭曲,并無限延伸,所以使光無限“向下”墜(這里說的“向下”是指垂直于三維的第四空間維度),看起來就像光被黑洞吸收了。
上圖只是一個近似的平面概念圖,并不是真正的扭曲狀態(tài)。
實際上是光自己進(jìn)入的,就像地球自行圍繞太陽轉(zhuǎn)一樣。
這樣就完美解釋了,為什么沒有質(zhì)量的光會被黑洞所吸收。
總結(jié)一下
物質(zhì)告訴時空如何彎曲,時空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動,而黑洞代表了時空彎曲的極限,光代表了物質(zhì)運(yùn)動的極限。
物質(zhì)終究逃不過時空的束縛。
黑洞不會發(fā)光,不是光被黑洞吸引,而是宇宙黑洞的內(nèi)部是空虛的,接近絕對真空狀態(tài),電磁波在接近絕對真空環(huán)境,由于缺乏電介質(zhì),不能傳播。
道是宇宙黑洞,黑洞是空虛的,接近絕對真空狀態(tài)。黑洞是天地之母,黑洞創(chuàng)造了宇宙萬物,黑洞捆綁星系中的天體,使星系中的天體不會溢出分散。黑洞能以黑洞的形態(tài)存在,但不是永恒存在的,黑洞的存在其依賴周圍的天體,常無欲,與周圍的天體和平共處,讓周圍天體像音樂一樣有規(guī)律的運(yùn)行,讓周圍天體形成像筋腱一樣的旋臂。
在邁克斯韋方程組中,電磁波以電介質(zhì)為傳播介質(zhì),而電介質(zhì)在宇宙中廣泛存在。邁克爾遜莫雷實驗在地球大氣進(jìn)行的,光以空氣電介質(zhì)為傳播介質(zhì),實驗結(jié)果跟“以太”存不存在,沒有關(guān)系。邁克爾遜莫雷實驗結(jié)果證明了光在相同狀態(tài)的空氣電介質(zhì)中,傳播速度不變,符合機(jī)械波的傳播規(guī)律,邁克爾遜莫雷實驗結(jié)果證明相對論是謬論。
用道德經(jīng)來評價相對論:荒兮其未央哉!荒謬啊!相對論沒有中心啊!沒有源頭?。]有依據(jù)??!無腦?。」庠诘厍蛑袀鞑ニ俣炔皇艿厍蜻\(yùn)動速度影響,在各個方向上速度不變,這個現(xiàn)象是任何波都具有的傳播特點(diǎn),這個現(xiàn)象與相對論是牛頭不對馬嘴啊!眾口鑠金,幾顆老鼠屎壞了一鍋粥,流言止于智者,迷信相對論是愚蠢或不稱職的人。
要討論黑洞,最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言是「空間」。用「引力」討論黑洞,雖然非常方便、直觀,但卻容易陷入這個問題一樣的邏輯之中。
用空間的語言看黑洞,那光線就不是被黑洞吸住的,而是光自己就不向外運(yùn)動。
光會沿著「測地線」長度的極值運(yùn)動。所謂測地線,就是「直線」的一種推廣。在平直的空間中,比如一個平展的桌面上,兩點(diǎn)之間最短的距離,就是直線。所以說,在平直空間中,光在均勻介質(zhì)中走直線。
而在扭曲的空間中則不一樣,舉個常見的例子:如果你觀察北半球的飛機(jī)航線,從中國飛到美國,總會先向北,然后再向南。很多人不理解為什么。
其實這時因為這條航線最為節(jié)省時間。
地圖的空間實際上是扭曲了的,而這個彎曲的航線卻恰恰就是地圖上的測地線。
黑洞也會扭曲時空,而光線在扭曲了的時空中運(yùn)動,仍然會按照測地線來運(yùn)動。問題是,黑洞視界內(nèi)的測地線不與外部相交,光也就無法逃出黑洞。
這個問題可以分兩部分來討論。
首先,是關(guān)于黑洞的起源問題,黑洞起初是英國地理學(xué)家約翰·米歇爾,在1783年提出,他當(dāng)時提出的想法是如果一顆星球質(zhì)量和太陽一樣大,而直徑只有3千公里,那么這顆星球的特定范圍內(nèi)會有巨大的引力,就連光也難以逃脫。
等到20世紀(jì)初期,愛因斯坦廣義相對論認(rèn)為引力的本質(zhì)是質(zhì)量超大的星體造成它的周圍時空彎曲,而且質(zhì)量越大曲率越大。相對論的提出更是佐證了黑洞的存在。
1919年英國物理學(xué)家艾丁頓是愛因斯坦堅實的粉絲,他在日全食時通過觀測發(fā)現(xiàn)巨大恒星引起光的偏轉(zhuǎn),當(dāng)然黑洞同樣如此。在恒星中,由于太陽的質(zhì)量不是很大,造成的時空變形也很輕微,只有距離太陽很近時才能觀察到。相對于太陽光,遠(yuǎn)處恒星的光非常微弱,只有在日全食發(fā)生、太陽光線完全被遮擋住時,才能觀察到附近恒星光線的偏折。
以上多種理論和實驗印證了黑洞的確可以把光吸走,怎么也逃脫不了。
其次,有很多人很了解物理學(xué),他們認(rèn)為既然光沒有靜止質(zhì)量,怎么能被黑洞吸收呢?不是只吸收有質(zhì)量的物質(zhì)嗎?
那么我們就要從光的性質(zhì)說起,光在歷史上關(guān)于它的組成到底是什么,從牛頓時期的波動說,到后來的粒子說,再到目前公認(rèn)的波粒二象性。無不表明光并不是那么簡單的事物。
除此之外,還有了解什么是靜止質(zhì)量與運(yùn)動質(zhì)量,還是愛因斯坦的相對論,此處真是無處躲藏呀!物質(zhì)靜止時的質(zhì)量是靜止質(zhì)量,運(yùn)動時是運(yùn)動質(zhì)量,只是如果在低速宏觀的條件下,靜止質(zhì)量和運(yùn)動質(zhì)量差別不大,可以忽略不計。但是在高速,比如越接近光速的情況下,質(zhì)量會變得很大,此時,運(yùn)動質(zhì)量就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜止質(zhì)量。
光是一種電磁波,也是一個個光子組成,每個光子都帶有能量,還是根據(jù)愛神的質(zhì)能方程,質(zhì)量既是能量,可以得出每個光子的質(zhì)量,雖然這個質(zhì)量是極其的微小,但是也是適用于愛因斯坦的廣義相對論的。黑洞吞噬了光,相當(dāng)于吞噬了能量,黑洞的質(zhì)量也會變大的。
也就是說在黑洞的視界范圍內(nèi)光子是可以是可以被黑洞迅速捕捉的。
通過以上兩點(diǎn),可以充分了解為什么沒有靜止質(zhì)量的光子會被黑洞吸收了。
牛頓的萬有引力定律告訴我們,有質(zhì)量的物體之間會產(chǎn)生引力作用。而光子的靜止質(zhì)量為零,但它們卻會被黑洞的引力所束縛住,這用萬有引力定律無法解釋。而且,萬有引力定律也不能預(yù)言黑洞的存在。
原因很明顯,牛頓的引力理論有局限性,無法解釋上述現(xiàn)象,所以還有比它適用范圍更廣的引力定律。鑒于此,愛因斯坦在1916年創(chuàng)立了廣義相對論,這個理論直到現(xiàn)在還是適用范圍最廣的引力理論。
廣義相對論指出,引力其實是物體彎曲時空所表現(xiàn)出的幾何效應(yīng),而非是物體之間的吸引力。如果一個質(zhì)量體彎曲空間,那么,即便是沒有靜止質(zhì)量的光子從附近經(jīng)過也會沿著彎曲的空間運(yùn)動,從而表現(xiàn)出引力作用。當(dāng)年,愛丁頓正是利用背景星光經(jīng)過太陽附近所表現(xiàn)出的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象來證實廣義相對論。
從廣義相對論的引力場方程中可以推導(dǎo)出,宇宙中存在著可以束縛住光的特殊天體—黑洞。由于黑洞的質(zhì)量都在一個奇點(diǎn)中,這會使周圍某一范圍內(nèi)的空間發(fā)生極大幅度的彎曲。如果光進(jìn)入黑洞的彎曲空間中,將無法從彎曲空間中逃脫出來,這樣看起來就像光被黑洞的引力吸引住一樣。
廣義相對論非常成功,它還預(yù)言了物體在空間中加速運(yùn)動會輻射出引力波。在愛因斯坦做出這個預(yù)言整整一百年之后,物理學(xué)家終于通過雙黑洞合并事件直接證實了引力波的存在。
光的零質(zhì)量是指它沒有靜止質(zhì)量,但它仍具有相對論質(zhì)量,畢竟只要用結(jié)合質(zhì)能方程和能量子假設(shè)E=hv,即可求出相對論質(zhì)量。但實際上問題的關(guān)鍵點(diǎn)在于:萬有引力定律和廣義相對論是兩種完全不同的引力理論,從本質(zhì)上二者對引力的描述是不一樣的。
在相對論之前,實際上早有科學(xué)家計算過光線被太陽引力吸引而偏折的角度,不過我們要注意:計算的前提是承認(rèn)光子具備質(zhì)量的(只需承認(rèn)光子具備質(zhì)量,而不需具體的表達(dá)式,因為這個質(zhì)量在計算中會直接消去),也就是牛頓力學(xué)中的質(zhì)量,之后在利用萬有引力定律即可求出偏折角度。
而且有意思的是,利用萬有引力定律計算出的偏折角,和愛因斯坦在廣義相對論完整提出前的計算結(jié)果基本一致,雖然過程看上去并不相似,那時愛因斯坦還沒有將時空彎曲的因素考慮在內(nèi)。
那么在廣義相對論中,黑洞是如何吸住光的呢?簡單來說,我們不要講引力當(dāng)做力來看,而是時空彎曲的體現(xiàn),光實際上都在走所謂的測地線,也就是最短路徑,在平直時空里,這個路程就是直線,而時空彎曲后,光的路線在我們看來也就跟著“彎”了,雖然從光本身的角度而言,它一直走的最短路徑。
總的來說,牛頓的萬有引力定律只是廣義相對論的弱場近似;與其說光被黑洞吸住,不如說光線掉進(jìn)了黑洞“迷宮”,永遠(yuǎn)走不出來。
期待您的點(diǎn)評和關(guān)注哦!
光速是宇宙物質(zhì)運(yùn)動的最快速度,任何有靜止質(zhì)量的物體都無法達(dá)到光速,那么為什么光沒有質(zhì)量,卻能被黑洞吞噬呢?
事實上光雖然沒有靜止質(zhì)量,但它卻具有動量,我們知道光是由光子組成,當(dāng)光子以光速運(yùn)動,就產(chǎn)生了動能,根據(jù)質(zhì)能等價轉(zhuǎn)換,也就擁有了質(zhì)量!
在愛因斯坦廣義相對論中,時間和空間也不在呈現(xiàn)以往古典物理學(xué)中互相獨(dú)立的景象,而是緊密的融為了一體,產(chǎn)生了時空的概念!
在物理學(xué)中,光總是以直線在時空中前進(jìn),然而黑洞作為宇宙內(nèi)引力最強(qiáng)大的天體,嚴(yán)重彎曲了時空,進(jìn)而導(dǎo)致每秒30萬千米的光在經(jīng)過黑洞周圍時,傳播路線也會發(fā)生改變,進(jìn)而被吞噬。
從時空一體化的角度出發(fā),愛因斯坦認(rèn)為,引力產(chǎn)生的原因是因為質(zhì)量扭曲時空造成的幾何現(xiàn)象。以太陽系為例,由于太陽占據(jù)了整個太陽系質(zhì)量的百分之99.86,使得周圍時空發(fā)生了彎曲,因此,太陽系所有的天體才圍繞太陽進(jìn)行公轉(zhuǎn)!
早在牛頓時期,人類就知道物質(zhì)的速度達(dá)到7.9千米每秒,就能繞地球公轉(zhuǎn),也就是第一宇宙速度。而如果物體的速度達(dá)到11.2千米每秒的第二宇宙速度,那么就能掙脫地球引力的束縛前往太陽系其他天體。
對黑洞來說,他的逃逸速度已經(jīng)超越光速,因此具有動質(zhì)量的光只能被黑洞吞噬,而無法逃逸出去,這也是為什么我們無法在可見光波段,直接看見黑洞的原因。
光具有動質(zhì)量
這個問題,其實涉及到愛因斯坦的質(zhì)能方程。
至今原因,其實是這樣的,一個物體的質(zhì)量其實分兩種,一種叫做靜質(zhì)量,一種叫做動質(zhì)量。而光呢?光的靜止質(zhì)量其實是0,也就是說他沒有靜止質(zhì)量,很多人喜歡管它叫做純能量。不過呢,實際上光還是有質(zhì)量的,這個質(zhì)量就是動質(zhì)量。
那具體咋理解呢?
也很簡單,我們都知道炸彈爆炸的原理,爆炸會產(chǎn)生大量的能量,這當(dāng)中主要就是熱和光,本質(zhì)上都是電磁波。而爆炸前后,其實質(zhì)量是有損失的。但咱們其實說的是在一個開放的地方爆炸彈。如果,你把炸彈扔到鍋里,蓋上蓋子。而這口鍋是一個理想的鍋,意思是它和外界是隔絕的,不會有能量交換。那這個時候,即使爆炸了,這口鍋的前后質(zhì)量都不會發(fā)生任何的改變。無論這顆炸彈是不是核彈,都是這樣的結(jié)果。
所以,愛因斯坦想說的其實是質(zhì)能等價,而不是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。因為在他的理論中,質(zhì)量和能量其實是同一個東西,只是同一樣?xùn)|西的兩個面。
也就是說,我們還拿著一個鍋,把一坨光放到理想的鍋里面,然后拿到秤上去稱量,那這個也能測出這坨光對應(yīng)的質(zhì)量,只不過會非常小而已,那具體多少,是可以根據(jù)E=MC^2計算得到。這也就是為什么,我們說光不具有靜止質(zhì)量,但卻具有動質(zhì)量的原因。
萬有引力定律
但通過質(zhì)量等價,總歸來說,光還是有質(zhì)量的。于是,我們就可以利用牛頓的萬有引力定律了。這個定律告訴我們,兩個物體之間的萬有引力與這兩個物體的質(zhì)量成正比關(guān)系,而與這兩個物體之間的距離平方成反比例關(guān)系。
如果兩者之間都沒有初速度,那他們應(yīng)該就是下面這樣:
但是,我們知道,光是有初速度的,所以光會在萬有引力的作用下發(fā)生彎曲,至少路徑會受到引力的影響。那黑洞為什么可以吸光的?簡單來說,就是引力巨大無比。
我們可以通過宇宙速度來理解,我們都知道地球存在一個第一宇宙速度,這個速度可以保證天體圍繞地球轉(zhuǎn)動。這個速度的大小就是7.9km/s。
這個速速的并不能保證物體逃離地球,所以還有一個逃逸速度,也被叫做第二宇宙速度。只要大于這個速度,就可以脫離地球的引力。這個速度是11.km/s。
不過地球在宇宙中其實就屬于比較矮小的存在。實際上,對于任意天體,其實都有逃逸速度。而黑洞呢?就是逃逸速度超過光速的天體。逃逸速度超過光速意味著,達(dá)到光速都跑不掉,所以,光如果跑到黑洞附近,也就只能被黑洞里面去了。
所以,黑洞其實是宇宙中最恐怖,也是最彪悍的天體。
廣義相對論
不過,關(guān)于引力的解釋,愛因斯坦其實提出了他的理論,這套理論的普適性比牛頓力學(xué)更廣。我們稱之為廣義相對論。在這個理論當(dāng)中,愛因斯坦認(rèn)為,我們生活的世界是一個三維時空,而引力的本質(zhì)實際上是三維時空的彎曲。
惠勒就曾高度概括過這個理論,他是這么說的:
物質(zhì)告訴時空怎么彎曲。時空告訴物質(zhì)怎么運(yùn)動。
而影響時空彎曲的其實是物體的質(zhì)量,如果我們把三維時空看成是二維的,那么三維時空的彎曲就好像是床單被鋼柱壓彎了。太陽就是壓彎了時空,然后地球沿著測地線在運(yùn)動,這個測地線的概念類似于二維平面的兩點(diǎn)之間的最短距離,它是三維時空中的“兩點(diǎn)之間最短距離”。
而光線經(jīng)過天體時,其實也是沿著測地線在運(yùn)動。所以,用廣義相對論也能解釋光線偏折的問題。
而黑洞呢?他其實是可以把時空彎曲到十分恐怖的程度的一種天體。
所以,光其實是因為黑洞把時空極度扭曲之后,光在沿著測地線運(yùn)動時,掉進(jìn)了黑洞里。所以,無論從牛頓的萬有引力定律還是從愛因斯坦的廣義相對論都能解釋光線為什么會被黑洞所吸引的原因。
理論的光子是沒有質(zhì)量!但是質(zhì)量和能量是可以相互變化的!太空之中的真空科學(xué)家探測到并不是真空的!太空之中還有引力波!還有暗物質(zhì)!還有暗能量!這些看不到的微觀能量在星系之中無處不在!這些暗物質(zhì)暗能量類星體都是行成新的星系的能量!恒星的核反應(yīng)出了熱能量!光能量!這些能量來自物質(zhì)!但是到了恒星燃燒完成最后爆炸毀滅!恒星向外界發(fā)出的這些熱能和光能最后再次演變?yōu)槲镔|(zhì)的!也就是說光子并不是沒有質(zhì)量的!只是現(xiàn)在的科學(xué)沒有能力測到光子的質(zhì)量而以!現(xiàn)在的科技對太空的物質(zhì)研究還剛剛開始!光子的質(zhì)量沒有人能確定它的確沒有質(zhì)量!而星系就是這些看不見的能量演變而行成的!
黑洞也不一定能有這么大的威力和能力束縛住光子!黑洞的威力只是霍金等的這些天文科學(xué)家的推測而以!以前的霍金也否認(rèn)過自己的推測而認(rèn)過錯!
總之黑洞是一個類似定義為黑洞的天體!有沒有關(guān)于天文科技人員推測到的這些威力還要等以后近距離對這類天體的實際觀測來證實!
我一個凡夫俗子也沒有能力給你說太多了!說的再多也是預(yù)測和猜測!……
謝邀。黑洞視界理論,只是一個理論,尚未公認(rèn)是一個科學(xué)原理。筆者認(rèn)為,這個理論經(jīng)不住物理邏輯的推敲。
為敘述方便,筆者把信奉黑洞視界理論的流派,且稱廣相派。以下談幾個要點(diǎn)。
▲黑洞噴流
其一:廣相派的一系列理論,本身就是自相矛盾、互不協(xié)變的。既然按視界論,在視界范圍,任何物質(zhì)與電磁波,一律只進(jìn)不出,那么就無法解釋霍金輻射(蒸發(fā))與黑洞噴流。
▲霍金輻射
其二:運(yùn)動是物質(zhì)的存在方式,不運(yùn)動的物質(zhì)不存在。既然有物質(zhì)的運(yùn)動,就必然會激發(fā)電磁波與引力波。
黑洞不過是超大恒星的塌陷產(chǎn)物,這個不妨可以信:根據(jù)萬有引力定律:F=GMm/R2,引力與天體質(zhì)量M成正比。
當(dāng)質(zhì)量大到突破核外電子的簡并壓,即克服電子電荷(e)與核電荷(Ze或e?)之間的庫侖力:F≥ke2/R2=4.35×10??N,原子半徑(R=53pm)壓縮到原子核半徑(r≈1.5fm)的尺度,變成中子態(tài),即中子星或黑洞。此時,
原子密度擴(kuò)大或體積縮小了(R/r)3=4.4×10?倍。如此巨大的密度,不但不會出現(xiàn)所謂的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)(BEC)或中子湯(soup),
假如太陽變成中子星或黑洞,其半徑70萬千米就變成了1.59千米。
反而是:中子態(tài)下的高能電子繞質(zhì)子的運(yùn)動速度極高,由原來的v=0.16c幾乎達(dá)到準(zhǔn)光速,提高到即便v=c(湮滅速度不太可能)。
此時,中子態(tài)屬于超高溫凝聚態(tài),而BEC是超低溫超流態(tài),二者的物理意義截然不同。
核內(nèi)電子激發(fā)的電磁波頻率按光電效應(yīng)方程:f=?mv2/h=6.18×101?Hz,屬于典型的伽瑪射線。因此,黑洞至少會輻射高頻電磁波。
這就證明了,所謂黑洞會禁閉電磁波,或者說,電磁波無法被激發(fā)出來是一個偽命題。
其三:關(guān)于光子究竟有沒有質(zhì)量。物理新視野認(rèn)為:光子作為真空場的基本單元物質(zhì),其質(zhì)量恒為電子質(zhì)量,是制約或維持電子獨(dú)立存在的場量子。
只是最大的光子密度比電子密度要小(3.9e-13/2.82e-15)3=2.65×10?倍。儀器幾乎檢測不到,所以通常,光子質(zhì)量就是被忽略了。
其四:說“黑洞密度無窮大”。說明這是一個偽命題,至少有兩個理由。
①密度無窮大,就意味著中子態(tài)的質(zhì)子與電子之間毫無間隙,電子與質(zhì)子都緊貼在一起而絕對停止了運(yùn)動,這顯然是荒謬的。
②事實上,質(zhì)子本體的半徑只有0.0015費(fèi)米,而作為復(fù)合粒子的中子半徑大約是0.15費(fèi)米,電子也將被高度壓縮,中子態(tài)的內(nèi)空間依然是相當(dāng)廣闊的。
其五:光子是真空場的場量子,具有真空引力場的所有特性,有萬能吸引力,即可以穿越(當(dāng)電子能隙較寬)或被吸納在任何物體中。
當(dāng)然光子也極容易被黑洞所吸納。但是,很難穿越黑洞。
因為中子態(tài)中的高能電子運(yùn)動速度太快,電子能隙太窄,幾乎不可能穿越。
即便是普通的晶體物質(zhì),光子也不能穿越。通常,光子只能穿越玻璃體之類的介質(zhì)。
結(jié)論:
1. 黑洞的視界理論,是不可置信的;
2. 黑洞密度無窮大,是一個偽命題。
3. 黑洞的奇點(diǎn)學(xué)說,是一個偽學(xué)說。
4. 光子有固定質(zhì)量,只是密度極小。
5. 光子真空場單元,吸引任何物質(zhì)。
Stop here。物理新視野與您共商物理前沿與中英雙語有關(guān)的疑難問題。
這個問題是愛因斯坦廣義相對論的范疇,廣義相對論已經(jīng)修正和解決了經(jīng)典力學(xué)萬有引力的一些缺陷,使人類對世界的解釋更完美。
廣義相對論把萬有引力定義為具有質(zhì)量物體對周圍時空的彎曲。只要有質(zhì)量的物體就會對周邊的時空造成擾動,一個原子也會。但小質(zhì)量物體的這種擾動不明顯,大質(zhì)量天體就很容易觀測到了。
越大質(zhì)量的物體對周邊時空的影響就越大,所以時空彎曲的曲率與質(zhì)量成正比,與距離成反比。這種彎曲可以用時空漩渦或者時空陷阱來描述,有人用一塊床單來形象比喻時空彎曲的樣子。
在一個繃緊的床單上放置一個大鐵球,這個大鐵球就會把床單壓出一個錐形的坑,這就是我們平時眼睛看不到的時空彎曲在床單上的體現(xiàn)。當(dāng)然這種方式無法真正的描述時空彎曲的形狀,時空彎曲的漩渦應(yīng)該是各向同性的,不是這種一個方向的錐形。
當(dāng)一個小鐵球經(jīng)過這個大鐵球的時空漩渦時,就不可避免地向這個漩渦地下掉去,最終會掉到這個大鐵球的身上。這種現(xiàn)象看起來就表現(xiàn)為萬有引力。
要想不掉下去,就需要速度,速度越快,就越能逃脫。
這就有了環(huán)繞速度和脫離速度。這是任何天體都有的第一宇宙速度和第二宇宙速度。達(dá)到了環(huán)繞速度,這個路過的小天體就能夠不掉到這個大天體上,但也逃脫不掉它的引力束縛,只能圍著它轉(zhuǎn);只有達(dá)到第二宇宙速度,才能脫離這個大鐵球的束縛,走向遠(yuǎn)方。
我們地球的第一宇宙速度是每秒鐘7.9千米,第二宇宙速度是每秒鐘11.2千米。這是人類航天旅行最重要的參數(shù)。在地球上要逃脫太陽引力的速度是第三宇宙速度,每秒鐘為16.9千米。
速度越快,受到這些大質(zhì)量天體時空彎曲影響的就越小,但影響是必然的,路過這些天體必須按照彎曲的時空路徑掠過,就連光線也不例外。
任何天體一旦進(jìn)入了其史瓦西半徑,時空彎曲的曲率就會變得無限大。
史瓦西半徑是從物體逃逸速度的公式衍生出來的,其含義就是任何質(zhì)量的物體被壓縮到這個半徑以內(nèi),就沒有任何已知的力可以阻止該物質(zhì)在自身引力條件下無限壓縮,壓縮成一個無限小的奇點(diǎn),就成了黑洞。
而掉入這個黑洞史瓦西半徑的所有物質(zhì)當(dāng)然也無法逃脫,包括光。
因此,史瓦西半徑是任何天體的視界臨界點(diǎn),任何天體縮小到自己的史瓦西半徑內(nèi),時空曲率就變得無限大,就是這個時空漩渦變得無限彎曲,一直彎曲到中心那個沒有體積的奇點(diǎn)。
而掉入的光線只能順著這個無線彎曲的漩渦無可奈何的永遠(yuǎn)掉下去,掉到那個永不到底的深淵。
引力是長力,這個力長的無限,但又是弱力,看起來很弱。
但一旦到自身史瓦西半徑,這個引力就變得極強(qiáng)極端了,就站在了天體食物鏈的頂端。我們能夠看到的天體都比自身的史瓦西半徑大多了,引力表現(xiàn)得就較為溫和。
天體的史瓦西半徑有多大呢?像太陽這樣質(zhì)量的天體,只有3千米,地球只有9mm。而現(xiàn)在太陽半徑有69.6萬千米,要縮小232000倍后,就會變成一個黑洞了。
但太陽這種質(zhì)量的天體是無法變成黑洞的,最小的黑洞質(zhì)量都有太陽的2倍以上,是大于太陽質(zhì)量29倍的天體超新星大爆炸后,中心殘留質(zhì)量坍縮的結(jié)果。
光線只有掉入史瓦西半徑后,才被鎖住掉入無限的引力漩渦中,無法逃逸。
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問得即是。一直以來,人們都相信科學(xué)家說的:“光沒有靜止質(zhì)量”。如果光真的沒有靜止質(zhì)量,那它也應(yīng)該沒有運(yùn)動質(zhì)量了。如果光沒有質(zhì)量,那黑洞是如何吸引住光的呢?
我們應(yīng)該知道,沒有質(zhì)量的東西,它既不能吸引其他物質(zhì),也不被其他物質(zhì)所吸引。因為物質(zhì)之間的引力源于電子的極性(異性)電荷力。
光,它本不神秘。神秘的是人類不能直接看到一個個電子。
你不管把光看成什么,但不能忽視掉以下現(xiàn)實狀況:光是能夠運(yùn)動的;光子是被其他物質(zhì)運(yùn)動所激發(fā)運(yùn)動起來的;光是能夠被其他物質(zhì)(天體)所吸引的;光是能夠被物體反射的;光是能夠穿透一定厚度物體的;光是能夠形成電磁波的;光是能夠促成光電效應(yīng)的(使其他物質(zhì)上的電子運(yùn)動起來而成為電流或電磁波的);光反射到人的視器能有光感的;光撞擊到人體是能夠感覺到它的溫暖的。如果你承認(rèn)以上事實,就得接受光的媒介物是物質(zhì)的。
光到底有沒有運(yùn)動質(zhì)量和靜止質(zhì)量呢?回答是:都有。光是由一種看不見的物質(zhì)——電子所組成的基本粒子流。在諸如化學(xué)反應(yīng)過程中會離析(激發(fā))出大量電子,具有一定密度的電子在向周圍空間高速逃竄中產(chǎn)生電子脈動壓力波,這就是光或電磁波的一方面來源方式和途徑。
光電子在高速運(yùn)動過程中,如果碰到其他物體,要么被迫返回(反射),要么一頭扎進(jìn)物體內(nèi)部或穿透該物體。由于普通光是一種電子數(shù)量密度和壓力動能(速度)處于相對比較低的物質(zhì)流。它不像??怂构饽菢泳哂写┩噶Ρ容^強(qiáng)的運(yùn)動動能。所以,普通光能夠被物體反射,從而給我們帶來光和熱的感覺。
由此可見,電子運(yùn)動起來就成為了光,這個光是有質(zhì)量的。如果光受到其他物體的不斷阻擋,光電子最終會停止運(yùn)動而成為靜電子,并附著于物體之上。然盡管這個電子靜止了下來,它卻依然是有質(zhì)量的。所不同的是,光電子靜止下來后,就不再見到光了,也不能繼續(xù)稱它為光了。也許正因為如此,才把人們搞得誤以為光沒有靜止質(zhì)量的呢。
光子,無論是處于運(yùn)動狀態(tài)還是靜止?fàn)顟B(tài),它自始至終是物質(zhì),并且是有質(zhì)量的。所以黑洞能吸引住光。今后如果你繼續(xù)相信光沒有質(zhì)量??峙戮瓦B黑洞也不同意嘞。
謝邀!先簡單說說光。大家知道,光是一種很神奇的東西,世界各大文明遺跡中都有與光相關(guān)的記錄。中國古代,就有利用小孔成像實驗,發(fā)現(xiàn)了光的直線傳播原理記載。但對光本身性質(zhì)之謎,到近代科學(xué)產(chǎn)生以后才慢慢揭開了其神秘的面紗。
牛頓曾主張光是一種微粒,而荷蘭科學(xué)家惠更斯等則認(rèn)為光是一種波動。兩種對立意見,到麥克斯韋發(fā)現(xiàn)光是電磁波(位移電流)之后,波動說似乎完全占據(jù)上風(fēng)、取得了最后的勝利。但相對論和量子理論又將此問題重新復(fù)活,最后的折中方案,就是將其并列起來,成為一個波粒二象性的基本原理。
但無論如何,大家都公認(rèn)光本身其實就是一種能量的存在方式(所謂光和熱即此意)。那么根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系E=mc2,有能量的光子也應(yīng)該具有質(zhì)量:m=E/c2,光具有壓力的實驗就證明了這一點(diǎn)。這個質(zhì)量雖然是動態(tài)的(光無法靜止下來),也是一種慣性質(zhì)量,根據(jù)愛因斯坦相對論的等效原理(加速系統(tǒng)等同于一個引力場),慣性質(zhì)量實際上也等于是引力質(zhì)量。那么,具有引力質(zhì)量的光子,即便是按照牛頓萬有引力定律,必然會受到其他具有質(zhì)量物質(zhì)的引力作用。按照相對論,大質(zhì)量周圍的時空形成彎曲結(jié)構(gòu),光在其中的傳播路徑,將會與沒有引力場存在的情形有所不同,相對于受到了一定的作用。
黑洞本身不發(fā)光,但通過自身的引力對周圍的物質(zhì)產(chǎn)生作用,形成能量吸積盤而發(fā)射出強(qiáng)烈的光和熱。
另外,無論哪種黑洞,其最基本的物理性質(zhì),就是具有質(zhì)量(至少有三個太陽質(zhì)量),并在周圍形成引力場。當(dāng)光或任何物質(zhì)經(jīng)過其周圍時,如果不落入到史瓦茲半徑內(nèi)、或視界之內(nèi)的話,必然會受到引力作用。如果不幸落入了視界之內(nèi),則其最后的命運(yùn),按照現(xiàn)在的物理學(xué)還無從得知。
簡單的說,光是有質(zhì)量的,不過是動態(tài)質(zhì)量而已。并且,這個質(zhì)量既是慣性的也是引力性的,所以必然會受到引力場的作用。而黑洞周圍一定存在著引力場,因而包括光在內(nèi)的各種物質(zhì)受到其巨大的作用應(yīng)該并不奇怪。
一家之言,歡迎拍磚!
光沒有質(zhì)量,黑洞為什么可以吸住光?
黑洞是愛因斯坦廣義相對論預(yù)測出的一種天體,根據(jù)廣義相對論,凡是存在質(zhì)量的物體,就會對所在的時空產(chǎn)生影響,使周圍的時空產(chǎn)生不同程度的彎曲,從而這個物體之外的其它物體,就會沿著彎曲的空間進(jìn)行運(yùn)動,因此廣義相對論從另外一個角度,很好地詮釋了萬有引力產(chǎn)生的原因,對于人們深入認(rèn)識宇宙運(yùn)行和演化規(guī)律提供了重要理論支撐。
通過廣義相對論,可以推測出,當(dāng)物體質(zhì)量非常大時,就會地周圍的時空產(chǎn)生最大程度的彎曲,以至于光線都被束縛住,從而我們無法通過儀器直接觀測到從黑洞中發(fā)出的任何信息。有的朋友不禁心生疑問,光線既然可以達(dá)到最高速度,表明其沒有質(zhì)量,那么根據(jù)萬有引力定律,沒有質(zhì)量的物體不可能會受到引力作用,那么為何還會被黑洞吸住呢?
在這里我們首先要澄清一下這個光線有無質(zhì)量的問題。在物理學(xué)中,質(zhì)量表達(dá)的是物體所含物質(zhì)的多少,其數(shù)值并不會因為物體的狀態(tài)、形狀和位置而發(fā)生改變,是物體的基本物理屬性之一。愛因斯坦在提出狹義相對論時,將物體的質(zhì)量看作了一個相對的概念,即物體的質(zhì)量會隨著運(yùn)動速度的改變而發(fā)生變化,直至物體達(dá)到最高的速度-光速,其質(zhì)量就會變得無窮大,因此對于有質(zhì)量的物體來說,其運(yùn)動速度永遠(yuǎn)無法突破光速,因為沒有超過無窮大的能量來提供動力來源。那么,在狹義相對論中所提到的物體的質(zhì)量,與傳統(tǒng)物理學(xué)中的質(zhì)量的概念就有一個區(qū)別,那就是相對性。
在狹義相對論中,運(yùn)動物體的質(zhì)量與初始質(zhì)量之間的關(guān)系式為:m=m’/sqrt(1-v^2/c^2),這就是著名的質(zhì)速方程,通過這個方程,并運(yùn)用動能定理和定量定理以及微積分變換,可以推導(dǎo)出物體所含有的能量E=m*c^2-m’*c^2,于是得出了另一個著名的定理-質(zhì)能方程,它所表達(dá)的意義是在不同的慣性參照系內(nèi),物體所具有的能量與它本身質(zhì)量之間的關(guān)系,在這里m和m’分別是不同慣性參照系的物體質(zhì)量,也就是說是物體的運(yùn)動質(zhì)量和初始質(zhì)量(靜止質(zhì)量),在不同慣性參照系下物體的這兩個相對質(zhì)量發(fā)生變化,從而對應(yīng)著物體能量的變化,因此物體的質(zhì)量和能量是一種對應(yīng)的關(guān)系,而絕非簡單的轉(zhuǎn)換關(guān)系,它們是一個統(tǒng)一的整體。
對于光線來說,其是由光子所組成,光子一經(jīng)產(chǎn)生就具有最高的運(yùn)動速度,沒有加速過程,因此它沒有相對論中所說的靜止質(zhì)量,但是在真空中卻有著恒定的運(yùn)動質(zhì)量。那么按照萬有引力定律,另外一個有質(zhì)量的物體和光線之間,勢必也會存在著引力作用,這與它們的運(yùn)動速度無關(guān),但與它們的運(yùn)動質(zhì)量乘積成正比,只不過具體到一般的物體來說,由于單個的光子運(yùn)動質(zhì)量非常小,對于光子的引力表現(xiàn)得不甚明顯而已,但是對于質(zhì)量較大的宇宙天體,比如恒星、中子星以及黑洞來說,這個引力就顯得比較可觀了。
在大質(zhì)量天體對光線的引力作用下,光線就會沿著彎曲的時空進(jìn)行運(yùn)動,科學(xué)家們在觀測地外天體時,經(jīng)常會用到引力透鏡的方法,即被大質(zhì)量天體遮掩下,從觀測者和這個大質(zhì)量天體連線以后星體發(fā)出的光線,在通過該大質(zhì)量天體時就會發(fā)生彎曲,從而繞過這個天體最后到達(dá)地球,我們就會通過儀器觀測到由偏折光線所形成的目標(biāo)天體的像,因此引力透鏡法被稱為我們觀測宇宙的“放大鏡”,這種效應(yīng)其實也是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)測的一種現(xiàn)象,這種現(xiàn)象既是質(zhì)量引發(fā)時空彎曲的有力證據(jù),同時也是光線具有運(yùn)動質(zhì)量的生動體現(xiàn)。
而黑洞作為一種非常特殊的天體,它是在質(zhì)量非常巨大的恒星在生命末期,經(jīng)過超新星爆發(fā)之后,剩余的核心繼續(xù)發(fā)生著無限的坍縮作用所形成的,最終形成了一個坍縮到體積無限小、質(zhì)量無限大、引力非常高的奇點(diǎn),在其巨大引力作用下,形成了極高的空間曲率,在此曲率之下光線雖然也在進(jìn)行傳播,不過卻是沿著無限彎曲的測地線行進(jìn)的,在光線本身看來一直在直線運(yùn)動,而實際上卻是圍繞著黑洞的中心在繞行,始終無法突破黑洞的束縛,這個光在黑洞以內(nèi)所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離,被稱為黑洞的事件視界,對于事件視界以內(nèi)的任何信息,我們都無法通過任何的手段加以獲取。
因此,無論是從黑洞內(nèi)部發(fā)生的光,還是從外界射入黑洞的光,都會在黑洞極強(qiáng)的引力作用造成時空彎曲的影響下,沿著非常大的曲率在進(jìn)行著測地線運(yùn)行。而沒有進(jìn)入到黑洞事件視界以內(nèi)的光線,則有一定的幾率在較小的時空彎曲下發(fā)生偏振到達(dá)地球,從而使得宇宙空間中的這片“虛無之地”被我們間接地觀測到。
因此,我們通過狹義相對論中關(guān)于質(zhì)能方程的理解、廣義相對論中關(guān)于時空彎曲的理解,都能充分說明光線具有運(yùn)動質(zhì)量的事實。也正是光線具有運(yùn)動質(zhì)量,才讓我們通過間接的方法證實了黑洞的存在。
謝謝邀請。簡單的說盡管光子沒有靜止質(zhì)量,但是光子是有等價能量質(zhì)量的,這樣自然地黑洞就對光子有引力作用了。
我們首先來看一下光子,按照物理學(xué)中的定義而言的話,光子是沒有靜止能量的,然而我們知道光子是以恒定的速度光速傳播的,所以這就意味著光是具有一定的運(yùn)動能量的。然而光子是如何來傳播的呢,這就涉及到光的波動性了,其實光子可以看做是某種特定波長波包的運(yùn)動,所以給定的波長就決定了光子所攜帶的能量。根據(jù)愛因斯坦著名的能量質(zhì)量等價方程,我們就可以計算出光子能量所對應(yīng)的質(zhì)量。因為這個質(zhì)量的存在,所以黑洞就可以對光子產(chǎn)生引力作用。
其實對于黑洞也是非常類似,很大可能存在著轉(zhuǎn)動質(zhì)量。我們知道,宇宙間的天體通常都是存在著轉(zhuǎn)動的,黑洞通常也不例外,因為轉(zhuǎn)動,所以我們所測量的黑洞質(zhì)量中,其實有一部分就是轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的,這個轉(zhuǎn)動的能量就存在于黑洞的視界面之外,可以通過特定的方式將他們提取出去。然而在通常的情況下,這個轉(zhuǎn)動質(zhì)量和黑洞本來的質(zhì)量是不可區(qū)分的,在引力方面的效應(yīng)是等價的。
謝邀:光沒有質(zhì)量,黑洞為什么能吸住光?
首先要認(rèn)識光的物理現(xiàn)象,看了很多科學(xué)家的觀點(diǎn),認(rèn)為光是沒有質(zhì)量的,這個就是違反了物理。凡事都要全面的看問題,不但要看他的外因,也要看他內(nèi)因,一切事物都有矛盾的。毛主席說的:世界是矛盾的,沒有矛盾就沒有世界。
光有質(zhì)量:如果沒有質(zhì)量,太陽就不會成形。
光有連結(jié)性,沒有發(fā)光體,光是不存在的。
光能穿過空間,即是空氣,它也能穿過。
光在沒有物質(zhì)的吸收,不會產(chǎn)生能量,能量是物體的反應(yīng)才能生成。
光在物體中,能轉(zhuǎn)化為電子,這個就是光電效應(yīng)。
光有各種顏色,也就是各種電子的化合物,
各種光對物質(zhì)的溶解不同,所以說光有強(qiáng)弱之分
光在真空中,不會脫離發(fā)光體,這個現(xiàn)象可以同電子相比。
電子在導(dǎo)體中,是同光在空間的速度一樣的。
電子在導(dǎo)電體中,沒有正負(fù)電子對撞,電子在導(dǎo)電體中不會流動。
問題來了,黑洞為什么會吸收光,(首先說明,宇宙空間沒有黑洞),只有物體才能有吸收光,物體吸光就是所有行星衛(wèi)星,這些都是原子結(jié)構(gòu)體,原子屬于高一的物質(zhì)結(jié)構(gòu),光子是宇宙空間最低級的物質(zhì),宇宙空間因為光子與原子結(jié)構(gòu)的分別,就產(chǎn)生了宇宙的物質(zhì)運(yùn)動,所以行星會向恒星吸光,同時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,各種行星吸光數(shù)量:遠(yuǎn)近不同,產(chǎn)生的公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)不同。
運(yùn)動的東西,必須有不運(yùn)動的東西,才能有運(yùn)動的繼續(xù),假如說,地球所有的東西都是同光速一樣運(yùn)動,試問,地球能有什么地殼同地心學(xué)說,也不會產(chǎn)生植物同動物,世界都是有運(yùn)動的同不運(yùn)動,才能有時間同空間概念。
這恰恰也說明了所謂的“萬有引力”本質(zhì)上并不是一種力,只是表現(xiàn)出來的形式讓我們感覺到是一種力!
牛頓的萬有引力定律表明,任何有質(zhì)量的物體之間都存在引力作用,倒是光并沒有靜質(zhì)量,理論上光不會收到任何物體的吸引,但為何黑洞會吸引光線呢?
這牽扯到引力的本質(zhì)。牛頓告訴我們引力的存在,但他沒有解釋為什么會有自己,而這個艱巨的任務(wù)留給了愛因斯坦!
愛因斯坦用他異于常人的大腦徹底顛覆了我們隊時空的認(rèn)知,告訴我們引力并不真的是一種力,而是時空扭曲的作用,引力的本質(zhì)其實就是萬物沿著被扭曲的時空運(yùn)動!
而時空的扭曲意味著不只是有質(zhì)量的物體會顯現(xiàn)出引力的效果,萬事萬物都會沿著被扭曲的時空運(yùn)動,光線也不例外!
這就是愛因斯坦廣義相對論一個很重要的論點(diǎn),而廣義相對論絕不僅僅是一種猜測,如今越來越多的事實證明了它的正確性,比如水星近日點(diǎn)的進(jìn)動,還有光線在經(jīng)過遙遠(yuǎn)天體附近會發(fā)生彎曲等都有力地證明了廣義相對論的正確性。同時,廣義相對論預(yù)言的引力波也被科學(xué)家們證實真的存在!
光是電磁波,電磁波是磁場里高速流動的物質(zhì)轉(zhuǎn)化的金屬氫的“磁力矩”切割磁力線產(chǎn)生的。
光沒有體積與質(zhì)量,但是磁場里高速流動的金屬氫有質(zhì)量。金屬氫產(chǎn)生于宇宙射線,宇宙射線切割磁力線釋放的電磁波是依靠金屬氫的“磁力矩”形成共振來傳播的。
很高興回答你的問題。
前言
我們都知道黑洞是廣義相對論最重要的推論之一,現(xiàn)在已經(jīng)被證實真實存在。根據(jù)廣義相對論分析,有質(zhì)量的物體都會引起時空的彎曲,這也是廣義相對論對引力本質(zhì)的詮釋。牛頓萬有引力的發(fā)現(xiàn),證明有質(zhì)量的物體之間相互吸引,拿我們的地球為例發(fā)射衛(wèi)星探測器需要達(dá)到一個速度,才能擺脫地球的引力作用,這個速度叫做逃逸速度。接下來說我們黑洞,是怎樣連光都逃脫不掉的。
(來源網(wǎng)絡(luò),侵刪)
相對論質(zhì)量
我們都知道光沒有靜止質(zhì)量,但是在相對論理論前提下,光是有質(zhì)量的,其大小是由普朗克常數(shù)乘上頻率就是光子的質(zhì)量,那么黑洞也是一個天體,就是比較特殊,其逃逸速度大于光速,也就是說光不可能射出黑洞,只在視界內(nèi)部“盤旋”。
(圖片來源網(wǎng)絡(luò),侵刪)
時空彎曲
從本質(zhì)上來講引力,根據(jù)廣義相對論有質(zhì)量的物體會使時空發(fā)生彎曲,這種彎曲的外在表象呈現(xiàn)出引力這種形式效應(yīng)。黑洞產(chǎn)生的時空彎曲特別大,但是這種時空上的彎曲人類很難理解,跟不會被眼睛看出來,但是光有“直線行走”的特性,光在沿著時空直線行走,但是我們看來就是光被偏折。這就跟光是否有質(zhì)量沒關(guān)系了,只是路程被彎曲了。
(來自影片《星際穿越》)
以上只屬于自己對這個問題的理解,水平有限。相信聰明機(jī)智的讀者們一定有自己的看法的。歡迎關(guān)注點(diǎn)評互動。
微言淺見,祝好。
要說是黑洞的萬有引力“吸引”住了光,這種描述并不準(zhǔn)確。光沒有靜止的質(zhì)量,所以萬有引力是不能吸引光的。其實,應(yīng)該是黑洞的恐怖的萬有引力造成了一個時空的陷阱,而這個時空陷阱閉合后,把光的能量給“禁錮”起來。
關(guān)于黑洞的存在,目前在主流科學(xué)界已經(jīng)沒有太大的異議。從牛頓力學(xué)的邏輯推導(dǎo)就可以預(yù)測黑洞的存在。而愛因斯坦的相對論,更是可以描述黑洞的某些特征。距離地球6000光年的天鵝座x-1,被認(rèn)為非常有可能是一顆黑洞。目前,天文學(xué)家已經(jīng)推測出大約200多顆黑洞的存在,其中在銀河系中心的超級黑洞,被認(rèn)為其質(zhì)量是太陽的幾百萬倍。
黑洞是宇宙之中最神秘的天體。并不是所有的恒星都可以進(jìn)化為黑洞,只有其中質(zhì)量特別大的恒星也有機(jī)會在它的末期進(jìn)階為一顆黑洞。當(dāng)黑洞形成之后,由于萬有引力過于強(qiáng)大,就把時間和空間重合起來,一切落入時空陷阱的物質(zhì),它們將永遠(yuǎn)不能把信息傳遞出去。如果宇航員不幸落入黑洞,將注定是一條有去無回之旅。不過,宇航員是看不見奇點(diǎn)的,在遠(yuǎn)離奇點(diǎn)的地方,宇航員就會被黑洞的強(qiáng)大潮汐力撕扯為一連串的基本粒子。到到達(dá)奇點(diǎn)后,連粒子也不能存在,因為維度都會消失。
看了幾個答主的解答,作為民科攝影愛好者提出一些疑問:引力是什么?正統(tǒng)回答是質(zhì)量引起的時空彎曲的表現(xiàn)。那么大部分人理解的是由于質(zhì)量導(dǎo)致的空間彎曲,原來兩個在直線兩端的物體,由于空間彎曲距離一下就近了,哦這就是引力或引力的表現(xiàn)?拿牛頓的蘋果來說,地球質(zhì)量大引起了空間的彎曲,那么一個靜止的蘋果在沒有外力的作用下,空間彎曲就可以讓其加速運(yùn)動向地球跌落嗎?推理跟平整的空間一樣,彎曲的空間也是基本固定的,在平整的宇宙空間里一個靜止的物體如果沒有某種力他是不會動的,怎么一個彎曲的空間就可以讓物體動起來,明顯違背邏輯。還有很多科普用圖里這種蹦床做演示,說中間放了大球,布被壓變形了,小球就會自然而然的靠過去了,這就是引力哦⊙?⊙! 引個毛線力,小球靠過去是地球引力讓他滑到大球旁邊的,與大球引力一毛錢關(guān)系都沒有。所以,空間彎曲導(dǎo)致引力現(xiàn)象說就是胡扯,但是時空彎曲說有可能,時空不等于空間,為什么說時空彎曲說有可能。先說二維,我們的宇宙不存在二維的空間或物質(zhì),二維的是三維的投影或者表面,抽象來想二維空間你想分割,比如大餅?zāi)阒恍枰谄矫嫔锨屑纯桑敲匆粋€西瓜你只是沿著表皮劃一圈,西瓜能分開嗎,你需要往另外一個維度切。還看原來那張圖,引力蹦床的核心其實是二維結(jié)構(gòu)被三維一個引力扭曲后,小球沿著三維的路徑,向引力點(diǎn)運(yùn)動,那么三維宇宙中的蘋果如何向地球跌落呢?是因為在四維(時空)中的引力點(diǎn)扭曲了三維結(jié)構(gòu),小球沿著四維路徑,向引力點(diǎn)運(yùn)動,那么這個四維時空是什么?時間和空間,時間是什么,時間是熵增流向,就像熱傳導(dǎo)一樣,熱量總是從溫度高的向溫度低的傳導(dǎo),引力是什么就是這個熵增的過程,熵增場熵增力,大質(zhì)量的物體地球吸引小一點(diǎn)的物體蘋果,蘋果墜地熵增結(jié)束歸于混沌平衡,小行星受到太陽吸引墜入太陽,與太陽融為一體混沌平衡,銀河系和仙女座星系相互吸引融為一體熵增結(jié)束混沌平衡。
首先,引力不是力!而是空間彎曲后改變物體自然運(yùn)動的一種等效描述,天體的運(yùn)動總是負(fù)荷牛頓第一定律的。但是空間彎曲了,直線就彎曲了,這就好比一支螞蟻沿著紙面直線爬行,它走的確實是直線,但是這張紙卻彎曲成了一個圓柱,那么螞蟻的路線就變成有限但無界,從而它永遠(yuǎn)也無法走出圓柱之外。光就是那只螞蟻,它沒有改變直線傳播的特性,只是黑洞把空間給彎曲成了封閉體,光出不來了。因此我們發(fā)現(xiàn)那里沒有光,什么都沒有,但是我們會發(fā)現(xiàn)那里有巨大的空間彎曲,以至于讓很多恒星圍繞著一個什么都沒有的地方轉(zhuǎn)圈。
牛頓力學(xué)中的引力在廣義相對論中是不存在的,引力是空間彎曲后的等效描述。
根本無黑洞!
一、黑洞是廣相的一個解,廣相既錯。時、空不具物質(zhì)屬性,根本不會變化!歐洲對撞機(jī)上的試驗證明空間只有三維平直空間!
二、質(zhì)量以物質(zhì)為基礎(chǔ),物質(zhì)化為無形了,哪還會有質(zhì)量。
三、黑洞中心所謂奇點(diǎn),是無任何定律可支持的空中樓閣!
四丶大恒星耗盡能量,并炸成星云,根本沒有足夠的質(zhì)量形成所謂的黑洞!所謂向內(nèi)爆炸,只可能是破壞微觀結(jié)構(gòu),炸的更碎而已!歐洲對撞機(jī)撞了半天,說要撞出黑洞,結(jié)果一個黑洞也沒撞出來!到是把物質(zhì)撞的更碎了!
五、如真有黑洞見啥吃啥,吸收了這么多能量,要是有也早就炸開了!還能連光都不發(fā)???
六、我認(rèn)為大質(zhì)量不應(yīng)是阻擋光(電磁波)發(fā)出的理由!現(xiàn)在的‘波粒二象說’,我認(rèn)為是不對的。因為在'二象說’的基礎(chǔ)上對雙縫試驗給出的解釋:有唯心因素、難以統(tǒng)一、并且令人匪夷所思!我認(rèn)為大質(zhì)量物體周圍不會排斥以太的存在!
光是電磁波,沒有質(zhì)量沒有慣性,黑洞的引力對光沒有半點(diǎn)兒吸引力。黑洞不能吸引光,也不能使空間彎曲,要是黑洞能吸引光,光就立刻超光速了。但黑洞巨大的引力能吸引有質(zhì)量的物體,使其很快就超光速了,成為看不見暗物質(zhì)。黑洞不能吸引沒有質(zhì)量的光,但能100%吸收光,黑洞本身又不發(fā)光,所以黑洞是黑的看不見的,是沒有光源,不是黑洞的引力大到連光都逃逸不出來。沒有質(zhì)量的光不能被黑洞吸引,但是有質(zhì)量的氣體能被黑洞吸引,成為黑洞周圍濃厚的大氣層,對在黑洞附近經(jīng)過的光有極強(qiáng)的折射作用,對光起彎曲作用,不要錯誤認(rèn)為是引力使光彎曲。太陽等大質(zhì)量的天體周圍都有濃厚大氣層,這是宇宙中普遍存在的規(guī)律,引力透鏡不是引力吸引光,是引力吸引氣體,氣體使光折射彎曲。
光是有質(zhì)量的。
是物質(zhì)就有質(zhì)量,光粒子是物質(zhì)放出來的,所以光粒子是物質(zhì),所以光粒子也有質(zhì)量。
正因為光粒子有質(zhì)量,所以光粒子通過太陽時,產(chǎn)生彎曲。
只不過光粒子的質(zhì)量相當(dāng)小,只有遇到相當(dāng)大質(zhì)量的黑洞才能掉在上面。
說光粒子是0質(zhì)量的物質(zhì),是錯誤的。
非常感謝頭條小伙伴提出的問題,能提出這樣的問題說明您對科學(xué)充滿了好奇,并且多少了解一些基本的物理學(xué)知識。我這里本著實事求是的精神來回答您的問題,先給出我的答案:用黑洞“吸住”光這個詞來形容不合適,因為,光其實是在沿著時空測地線前進(jìn)。要搞明白這個問題,您需要明確下面幾個問題:
首先,什么是黑洞?
盡管在經(jīng)典物理學(xué)中,就提出過類似“黑洞”的概念,理論計算表明,有可能存在一種天體,它的引力非常大,連光也跑不出來。但事實上,當(dāng)時的科學(xué)家們并不認(rèn)為存在這樣的天體。其主要原因是:一、沒觀測到它們的存在;二、理論的推導(dǎo)過程把光看作一種普通粒子,而當(dāng)時并不知道光的本質(zhì)是什么,所以理論依據(jù)不充分。
黑洞概念的真正確立是在量子力學(xué)和廣義相對論出現(xiàn)之后,理論計算表明,在符合一定條件的恒星演化的最后階段,有可能形成一種密度超級大的天體,這種天體附近的時空高度彎曲,以致于在這種天體的周圍會形成一個界面,其內(nèi)部發(fā)出的光無法從這個界面逃逸。
后來,天文學(xué)家們在宇宙中,找到了這種天體存在的證據(jù),從而科學(xué)界普遍接受了這種天體的存在。由于其不會向外輻射內(nèi)部發(fā)光的性質(zhì)很像熱力學(xué)中的黑體,所以被形象地命名為黑洞。
其次,在廣義相對論框架下理解黑洞的性質(zhì)
回顧牛頓提出萬有引力定律的過程及萬有引力公式的猜想,我們可以發(fā)現(xiàn),牛頓其實只是發(fā)現(xiàn)了引力與物體質(zhì)量及物體質(zhì)心之間的數(shù)量關(guān)系,并沒有給出萬有引力的真正本質(zhì)。對于這種能夠產(chǎn)生超距作用的力,一直都是牛頓及經(jīng)典力學(xué)中的一個謎題。
由于牛頓萬有引力的猜想過程是通過將行星運(yùn)動的橢圓軌道與地面物體的圓周運(yùn)動做比較得來,我們可以認(rèn)為,牛頓萬有引力是在三維空間下的一種幾何效應(yīng)。
廣義相對論的提出是基于新的發(fā)現(xiàn):一是,真空中光速不變;二是,局域范圍內(nèi)引力質(zhì)量與加速質(zhì)量等效。愛因斯坦將這兩個發(fā)現(xiàn)上升為一個原理,并使用新的數(shù)學(xué)工具(黎曼幾何和張量分析),對四維時空進(jìn)行了新的數(shù)學(xué)描述,這就是著名的愛因斯坦場方程。黑洞就是基于這個方程的計算結(jié)果。
基于四維時空,愛因斯坦對于引力的本質(zhì)給出了全新的解釋:引力是時空的幾何效應(yīng)。換句話說,引力并不存在,只是由于我們在三維空間中看到了物體的運(yùn)動軌跡,才產(chǎn)生了引力應(yīng)該是存在的感覺。
其實,這樣的觀點(diǎn),如果沒有廣義相對論也是可以提出的。在力學(xué)分析中,以最小作用量原理為基礎(chǔ),建立廣義坐標(biāo)系的時候,慣性力同樣作為一種真實的力被引入。但我們知道,慣性力不是真實的力,它只是由于物體的運(yùn)動的一種幾何效應(yīng)。由于在局域范圍內(nèi),引力與慣性力是等效的,所以引力也是一種幾何效應(yīng)。
第三,用運(yùn)動質(zhì)量解釋黑洞吸引光不是一種好的說法
有了廣義相對論對于光在宇宙中的運(yùn)動軌跡就很明確了,它們只是在四維時空中沿著測地線做慣性運(yùn)動,由于其在三維空間中的投影,所以我們認(rèn)為其是受到了引力的吸引。這樣就能把我們對于四維時空的理解與三維空間的認(rèn)識結(jié)合起來。不過這只適合科普,并不是對于光的軌跡產(chǎn)生原理的最合理的解釋。
這是因為,這樣做的前提是認(rèn)可了引力是一種真實的力,然而事實是這個力產(chǎn)生的真正原因并不清楚。其二,科學(xué)家還沒有真正搞清楚質(zhì)量的本源,盡管上帝粒子拿到了諾貝爾獎,但同樣有實驗表明,質(zhì)量并不完全是由希格斯粒子貢獻(xiàn)的,想說明質(zhì)量的本質(zhì),科學(xué)界還有很長的路要走。
最好的解釋還是以廣義相對論為基礎(chǔ),以對四維時空的認(rèn)識為基礎(chǔ)來理解在大質(zhì)量天體附近,是扭曲的時空影響了光前進(jìn)的路徑。這里面就不需要去解釋更深層次的原因了,至少,現(xiàn)在解釋到這里,已經(jīng)是科學(xué)的極限了,沒有額外還需要做深入解釋的內(nèi)容,是最根本性的解釋。
第四,光在奇點(diǎn)附近的運(yùn)動
說實話,這個內(nèi)容只有理論推導(dǎo)(猜測)沒有任何觀測結(jié)果能夠支持,所以我這里就不對這些推導(dǎo)的結(jié)果進(jìn)行介紹了,如果您有興趣,可以瀏覽我之前寫過的一些關(guān)于黑洞結(jié)構(gòu)的文章,里面有關(guān)于這部分內(nèi)容的介紹。
結(jié)束語
對于黑洞與光的話題就寫到這里,您需要明白的是,一定要在廣義相對論這個理論框架下來理解黑洞,理解光在大質(zhì)量天體附近的行為,而不是重新回到經(jīng)典力學(xué)試圖用引力來理解,這只能帶來更多的疑問。因為黑洞就不是建立在牛頓力學(xué)框架下的天體,光的行為也不是牛頓力學(xué)能解釋的范疇。
不管怎么樣,尊重事實,就是尊重科學(xué),您說呢?
文/郭哥聊科學(xué),圖片來自網(wǎng)絡(luò)侵刪。
由于曾經(jīng)有很多學(xué)生問我這個問題,所以,如何最通俗易懂的講述其中的原理,是我一直以來思考的。
要是從空間曲率,時空彎曲的角度來講,又和大部分答題人一樣了——這是我在這個回答里要避免的。
我想到了幾個比喻,能從某種程度上解釋一下引力的問題,此時拿出來,權(quán)且當(dāng)拋轉(zhuǎn)引玉吧!
01
「掉坑」模型
如果一個球向前滾動,突然掉到一個坑里會怎樣?
如果速度足夠快,它就能再次滾出來;
但是,如果坑很深呢?甚至,坑無限深呢?
當(dāng)然,它滾出來的幾率就會大大下降了;甚至,再也滾不出來了。
引力場可以造就“時空之坑”,物體的運(yùn)動就像掉到了坑里,因此我們稱之為,「掉坑模型」。
在這個模型下,黑洞就是個無底的「時空大坑」!
02
「巖洞」模型
一個曲折的巖洞有兩個出口,我們進(jìn)入巖洞探險,從一個口進(jìn)去,從另個一口出來。
巖洞里面很是崎嶇,所以,我們走過的距離,要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個出口間的直線距離。
不同的巖洞,內(nèi)部的曲折程度也不同,因此我們在巖洞中探險的時間也不同。
時空就是一個個巖洞,每個巖洞的出口,就是下一個巖洞的入口。
引力造成的時空彎曲,就是巖洞內(nèi)部的曲折路徑。
當(dāng)這個巖洞是個迷宮,那么,你可能就永遠(yuǎn)永遠(yuǎn)也出不來了!
在這個模型下,黑洞就是個永遠(yuǎn)出不來的迷宮!
03
還有其他的模型
相信,第二種模型,可以解釋光沒有質(zhì)量,卻能被黑洞吸住的原因了吧!
——光子迷失在時空的迷宮里了!
還有其他的很有趣的模型,我在頭條上發(fā)布的文章中有介紹,有興趣的可以賞光看一下。
當(dāng)然,我的其他文章,也請不吝觀看、指正。
我是宇宙物理學(xué),這就是我的回答。
如果喜歡我的回答,請關(guān)注點(diǎn)贊吧!
光有質(zhì)量快速度,直射漫延展亮處。
觸動宇宙都知道,我等遲鈍當(dāng)風(fēng)步。
黑洞就是皇帝的新裝,實際什么也沒有,它只是星系的質(zhì)心,光即使射去也無法看見,實體物質(zhì)都圍繞質(zhì)心運(yùn)轉(zhuǎn)。
這個問法應(yīng)該是基于萬有引力,你問的光子沒有靜止質(zhì)量如果能被質(zhì)量更大的黑洞吸引,這是我對這個問題的理解。
目前有兩種解釋我感覺比較靠譜,第一種是根據(jù)萬有引力定律,因為光子是不具備靜止質(zhì)量的所以根據(jù)萬有引力它不具備被黑洞吸引的條件,但是光子在宇宙中處于運(yùn)動狀態(tài)也就是具備運(yùn)動質(zhì)量,那么在光子以運(yùn)動狀態(tài)路過黑洞的時候根據(jù)萬有引力定律,質(zhì)量小的光子會被質(zhì)量大的黑洞吸引,因為質(zhì)量大的產(chǎn)生的萬有引力更大光子運(yùn)動質(zhì)量小,所以運(yùn)動的光子產(chǎn)生的萬有引力是吸引不了黑洞只能被黑洞吸引。
第二種是根據(jù)愛因斯坦的相對論,根據(jù)相對論所說的引力實際上并不存在,引力是具備質(zhì)量的物體在空間當(dāng)中造成的時空彎曲的現(xiàn)象,而這種現(xiàn)象在我們看來就叫做引力。那么現(xiàn)在回到問題,光子在什么介質(zhì)中傳播?我想這個問題具體的介質(zhì)肯定還不肯定,但是目前可以肯定的是光在空間中傳播,那么光子在空間中傳播那么在遇到質(zhì)量足夠大的物體的時候,這個物體造成的時空彎曲就能夠影響光子的傳播,但是實際上對于光子來說它還是在直線中傳播。類似的原理中學(xué)有介紹過,就是一個彎曲的水柱然后用手電照射水柱,然后光沿著彎曲的水柱傳播。
質(zhì)量分靜質(zhì)量跟動質(zhì)量,宏觀物體兩者無差別,但在微觀領(lǐng)域,兩者差別很大。
光從它誕生的那一刻起那就是以光速傳播的,具有動質(zhì)量,我們知道光子其實就是特殊的電磁波,它要么是光速,要么速度為零。
光子以光速傳播時是有動質(zhì)量,所以也受到引力的影響,自然就會被黑洞強(qiáng)大的引力吸走。
當(dāng)速度為零時光子質(zhì)量變?yōu)榱?,即靜質(zhì)量為零,這個時候光子發(fā)生湮滅,依照愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc^2釋放能量,這些能量又可能變成正負(fù)電子對等其他粒子。
光沒有質(zhì)量那就沒有引力,黑洞是如何吸引住光的?
光速與黑洞這兩個關(guān)鍵詞,是吃瓜群眾比較關(guān)心的兩個有趣話題,但今天這兩個話題碰撞在了一起,黑洞大家都知道,連光都無法逃離,但相傳光子是沒有質(zhì)量的,我們知道萬有引力是需要質(zhì)量才能產(chǎn)生“引力”那么光子為什么還在黑洞周圍走彎路?甚至都會墜入黑洞,這是什么原因呢?
在距離地球大約18光年白矮星Stein 2051 B的遮蔽下,背景恒星發(fā)生非常細(xì)微的偏移,但這只是引力對光線的彎曲效果,并非恒星的位置發(fā)生了變化。
一、為什么黑洞連光速都無法逃離?
要理解這個問題其實并不難,因為說清楚原因并不需要黑洞,以地球為例即可搞明白這個道理。我們都知道要逃離地球有兩種方式:
1、找個梯子一直往上爬
2、物體環(huán)繞地球速度產(chǎn)生的離心力大于地球引力
前者是我們制造太空電梯的理由,這個方式不限制爬行速度,只要往上爬就可以爬到近地軌道上。
很可惜我們暫時還無法制造出在超長距離上不會被自身重量拉斷的超高強(qiáng)度材料,所以這個夢想還是留在我們未來的規(guī)劃上。
后者的原理則是到現(xiàn)在為止所有離開地球的人造飛行器所必須要經(jīng)歷的,這個速度是根據(jù)離心力與平衡的公式變換出來的
在這個第一宇宙速度計算方式中,有一個非常關(guān)鍵的參數(shù)是r,當(dāng)前是地球的半徑,當(dāng)這個半徑無限縮小到約9mm時,
第一宇宙速度v將會增加到299792458米/秒!
你沒有看錯,這個速度就是光速,而這個半徑r=9mm就是地球的史瓦希半徑,也就是地球質(zhì)量不變坍縮成黑洞的最大直徑,當(dāng)坍縮直徑越過9mm時地球?qū)o可避免的坍縮成黑洞。
此時在史瓦希半徑r=9mm的距離上,這個質(zhì)心的環(huán)繞速度就是光速,如果越過9mm的半徑,那么光速也無法對抗質(zhì)心的引力。
二、為什么沒有靜止質(zhì)量的光子也無法逃離黑洞?
當(dāng)然我們不能以第一宇宙速度并沒有要求物體的質(zhì)量大小為理由搪塞大家,因為這并不足以說服各位,咱還是從光子的動質(zhì)量來說明。
光子的能量E=hv
這是計算電磁波能量的公式,其中h為普朗克常數(shù)v為光子的頻率,不同波段的光子所攜帶的能量是不一樣的。
質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式:E=mc2
因此單個光子的質(zhì)量為:m=hv/C2
不用計算也知道,這個質(zhì)量極?。∵@個存在質(zhì)量的光子在引力場中行進(jìn)的路線是遵循萬有引力規(guī)則的。但不要認(rèn)為光子走彎路了,它走的依然是直線,只不過這個過程需要用廣義相對論來輔助理解。
廣義相對論認(rèn)為時空是不可分割的,而時空與引力之間的關(guān)系是:引力是時空的幾何
為什么將引力解釋為時空的幾何?因為在引力梯度空間內(nèi),時間與空間都是受到中心引力影響的,我們從一張簡單的動圖中可以來直觀的感受一下。
請注意這些三維立體的格子表示的空間,而在格子的交叉點(diǎn)上則代表的是時間,越靠近質(zhì)量中心,這個格子就會越扭曲,而時間也會走得更慢。那么當(dāng)光子在通過這個扭曲的時空時會怎么運(yùn)動呢?
當(dāng)光子通過這個彎曲的時空時,它走的依然是直線,但很無奈空間都是彎曲的,光子如果再堅持走“所謂的直線”,它走的將比彎曲空間內(nèi)的直線距離更遠(yuǎn)!這個簡單的道理可以從展開的世界地圖上的各種航線可以輔助理解(盡管兩者原理完全不一樣)。
在黑洞的視界內(nèi),這個時空是極度扭曲的而又閉合的,也就是說這個空間的所有方向的指向都不再是黑洞“外部”,光子一旦進(jìn)入了這個時空,它就“迷路了”,光子會在這個時空內(nèi)最終落向奇點(diǎn)。而外在則表現(xiàn)在了黑洞的質(zhì)量增加上,盡管黑洞不可能靠吞噬光子而成長,但理論上黑洞吞噬了光子,它的質(zhì)量是會增加的。
