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沒有質量就沒有引力,黑洞為什麼能吸引住光子?

星辰大海路上的種花傢:光速與黑洞這兩個關鍵詞,是吃瓜群眾比較關心的兩個有趣話題,但今天這兩個話題碰撞在瞭一起,黑洞大傢都知道,連光都無法逃離,但相傳光子是沒有質量的,我們知道萬有引力是需要質量才能產生“引力”那麼光子為什麼還在黑洞周圍走彎路?甚至都會墜入黑洞,這是什麼原因呢?

沒有質量就沒有引力,黑洞為什麼能吸引住光子?-圖1

在距離地球大約18光年白矮星Stein 2051 B的遮蔽下,背景恒星發生非常細微的偏移,但這隻是引力對光線的彎曲效果,並非恒星的位置發生瞭變化。

一、為什麼黑洞連光速都無法逃離?

要理解這個問題其實並不難,因為說清楚原因並不需要黑洞,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、物體環繞地球速度產生的離心力大於地球引力

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,隻要往上爬就可以爬到近地軌道上。

沒有質量就沒有引力,黑洞為什麼能吸引住光子?-圖2

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度材料,所以這個夢想還是留在我們未來的規劃上。

沒有質量就沒有引力,黑洞為什麼能吸引住光子?-圖3

後者的原理則是到現在為止所有離開地球的人造飛行器所必須要經歷的,這個速度是根據離心力與平衡的公式變換出來的

沒有質量就沒有引力,黑洞為什麼能吸引住光子?-圖4

在這個第一宇宙速度計算方式中,有一個非常關鍵的參數是r,當前是地球的半徑,當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,也就是地球質量不變坍縮成黑洞的最大直徑,當坍縮直徑越過9mm時地球將無可避免的坍縮成黑洞。
此時在史瓦希半徑r=9mm的距離上,這個質心的環繞速度就是光速,如果越過9mm的半徑,那麼光速也無法對抗質心的引力。

二、為什麼沒有靜止質量的光子也無法逃離黑洞?

當然我們不能以第一宇宙速度並沒有要求物體的質量大小為理由搪塞大傢,因為這並不足以說服各位,咱還是從光子的動質量來說明。
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。
質能轉換公式:E=mc?
因此單個光子的質量為:m=hv/C?
不用計算也知道,這個質量極小!這個存在質量的光子在引力場中行進的路線是遵循萬有引力規則的。但不要認為光子走彎路瞭,它走的依然是直線,隻不過這個過程需要用廣義相對論來輔助理解。
廣義相對論認為時空是不可分割的,而時空與引力之間的關系是:引力是時空的幾何
為什麼將引力解釋為時空的幾何?因為在引力梯度空間內,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。

沒有質量就沒有引力,黑洞為什麼能吸引住光子?-圖5

請註意這些三維立體的格子表示的空間,而在格子的交叉點上則代表的是時間,越靠近質量中心,這個格子就會越扭曲,而時間也會走得更慢。那麼當光子在通過這個扭曲的時空時會怎麼運動呢?

沒有質量就沒有引力,黑洞為什麼能吸引住光子?-圖6

當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的直線距離更遠!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)。

沒有質量就沒有引力,黑洞為什麼能吸引住光子?-圖7

在黑洞的視界內,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”,光子一旦進入瞭這個時空,它就“迷路瞭”,光子會在這個時空內最終落向奇點。而外在則表現在瞭黑洞的質量增加上,盡管黑洞不可能靠吞噬光子而成長,但理論上黑洞吞噬瞭光子,它的質量是會增加的。

陽陽陽陽陽董:首先光並不是沒有質量,光子也是攜帶著一定的能量的,所以這個質量可以說是微乎不計,但並不代表著沒有,再加上黑洞可以吸引一切物體,自然能夠吸引住光子。

鹿凵小童鞋:這是因為黑洞的組成是由暗物質,暗能量和普通物質所構成的,所以黑洞是具有質量的,也是具有吸引力的,所以才會吸引其他的周圍物質吞噬。

匿名網友0d038b5:因為黑洞本來就是一個特殊的存在,可以令時空進行某種程度上的扭曲,對於光子也是可以吞噬掉的。所以黑洞才會如此的神秘。

高傳清ACD:光是波,光的傳播是有介質的。黑洞實質是絕對真空區域。光不是被黑洞吸引,而是黑洞沒有傳播介質無法傳播。

來自高淳老街富創造力的北極狐:不是黑洞吸得住光,而光根本就進去不瞭!光線有繞流黑洞的性質,因為黑洞壁的天漩速度就是30萬Km/秒,光線要想進入黑洞就必須得超出它本身的速度,但它憑什麼來加速呢?所以光進入不到黑洞,隻能繞流而產生紅移的現象。

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