光沒有質量,黑洞為什麼可以吸住光?

ataman

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,現在已經被證實真實存在。根據廣義相對論分析,有質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的詮釋。牛頓萬有引力的發現,證明有質量的物體之間相互吸引,拿我們的地球為例發射衛星探測器需要達到一個速度,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。

(來源網絡,侵刪)

相對論質量

我們都知道光沒有靜止質量,但是在相對論理論前提下,光是有質量的,其大小是由普朗克常數乘上頻率就是光子的質量,那麼黑洞也是一個天體,就是比較特殊,其逃逸速度大於光速,也就是說光不可能射出黑洞,只在視界內部“盤旋”。

(圖片來源網絡,侵刪)

時空彎曲

從本質上來講引力,根據廣義相對論有質量的物體會使時空發生彎曲,這種彎曲的外在表象呈現出引力這種形式效應。黑洞產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。這就跟光是否有質量沒關係了,只是路程被彎曲了。
(來自影片《星際穿越》)


微言淺見,祝好。


黑洞家的鏟屎官


光一進入黑洞就被吸引住了,逃不出來。實際上就是由於黑洞無限高的曲率引力,使光也不能逃逸,也就是說黑洞的逃逸速度大於光速。

逃逸速度的大小是由於天體的質量和引力決定的,我們地球的逃逸速度為11.2公里/秒,太陽的逃逸速度是617.7公里/秒,中子星的逃逸速度達幾萬公里甚至一半光速/秒,而黑洞的逃逸速度則達到30萬公里以上/每秒,至於以上多少,可能與黑洞質量大小有關。



所謂逃逸速度就是必須達到那個速度,才能擺脫星體的引力,獲得自由穿行於星際空間的能力。達不到逃逸速度,就別想離開。黑洞的引力既然這麼大,逃逸速度超過了光速,那光子這個在空間縱橫慣了的頑童,也只有乖乖聽話,象哪叱被困在玲瓏塔中一樣,再也施展不出本領。由於人類的觀測一切物體都是依靠光線的反射,黑洞裡的光線被鎖住了,所以就什麼也看不到了,在黑洞視界就成了一個空空如也的天區,看起來什麼也沒有。

既然連光都無法逃逸出黑洞,根據愛因斯坦質能方程光速限制理論,這個世界再也沒有能達到光速的物質了,因此黑洞吞噬了一切進入其引力範圍的物質,那些東西去了哪裡,因為無光,誰也不知道。不過現在又有了灰洞白洞理論,請各位自學,就不在此討論了。


時空通訊

我來詳細回答下樓主的問題。

樓主的意思是,只有質量的物質和引力有關聯,不是這樣,能量也和引力有相互作用,很多人從廣義相對論的時空曲率來解釋,雖然沒問題,但並沒有觸及問題核心。

一、質量和能量的關係

質量和能量是同一物質的不同表現形式,質能方程E=mc^2就體現了這點。現代物理學認為質量和能量是互換的。我們都知道,質量越大隱藏著的能量也越大,比如,汽車和皮球以相同的速度撞擊牛,汽車會把牛撞死而皮球不會。相反也一樣,能量也可以轉換為質量,只是大家不太熟悉。比如:原子核內的質子是有三個夸克組成,但三個夸克的質量總和還不到質子質量的1%,質子剩下的99%來自哪裡?其實就是來自誇克之間的強相互作用力產生的能量。

二、質量和能量都是產生引力的源泉

一般科普書籍上都是這麼說的:因為質量導致了引力的產生,廣義相對論中解釋為時空歪曲的結果。但廣義相對論也表明能量也是造成時空曲率的組成部分,水星近日點100年43角秒的異動,就是愛因斯坦考慮太陽和水星運動所產生的動能對總引力的貢獻,才很好解決了43角秒的異動。可見,不僅有質量物質可以產生引力並受引力作用,物質的另一種形式----能量,也會產生引力並受引力作用。

三、光子具有能量

光子雖然沒有靜止質量,但具有能量,不然我們就感受不到來自太陽的輻射熱能了。所以有能量的光子自然也受引力作用,被黑洞吸引就很自然了。

四、黑洞視界

黑洞視界就是特地為光量身定做的。因為到現在為止,我們觀測宇宙的唯一方式就是電磁波,可見光是電磁波的一種(波長在380nm~780nm之間)。所以黑洞對電磁波的絕對控制範圍就是我們所能看到到的黑洞範圍,即視界。視界以內的光肯定被黑洞引力作用無法逃逸出來,在黑洞內部,空間和時間座標互換了,光不可避免的朝奇點奔去,至於到奇點後,光是否靜止了,現在不知道,按理說,光速運動是光的內秉屬性。也許在奇點處光轉換為質量或者能量的形式成為黑洞質量的一部分。樓主猜測的光會一直繞著奇點旋轉,明顯應該不對。

希望和大家交流。


人擇原理

答:這個可以從幾個方面來看,都能得到一樣的結果。


一、引力的本質

廣義相對論指出,引力的本質是空間彎曲,不再是牛頓力學中的“引力”。



一切物質,無論它有沒有質量,都會受到空間彎曲的影響。黑洞也是空間極度彎曲的結果,所以也是可以“吸引”光子。


二、光子的相對論質量

光子雖然沒有靜止質量,但是光子擁有相對論中質量,相對論質量也參與引力作用的,而且光子一經產生,就永遠以光速運行,沒有處於靜止狀態的光子。

那麼無論從相對論角度來看,還是牛頓力學的角度來看,光子都會受到引力作用,所以黑洞可以吸引住光子。



我們宇宙的物質,最高運行速度是光速,但是黑洞視界內的逃逸速度,超過了光速,所以一切物質都無法逃脫黑洞,光也不例外。





艾伯史密斯

聽我慢慢道來,一步一步解釋給你聽。

曾經愛因斯坦預言有質量的物體會使周圍的時空發生彎曲。類似於在一張攤平的四周固定並且懸空的毯上放一顆鐵球,鐵球在的位置會讓毯凹下去。
於是愛因斯坦認為在真空中直線傳播的光在經過太陽附近時會發生彎曲。因為太陽的引力將它周圍的時空彎曲了。光沿著彎曲的空間前進。後來在一次日全食時科學家們觀察到了太陽背後恆星發出的光,證明了愛因斯坦的理論。


黑洞的本質是體積很小質量非常大的天體。因此在它的事件視界範圍裡即便物體以光速運動也無法擺脫他的引力。而且在事件視界裡的空間在它強大的引力作用下發生高度彎曲。形成了一個閉合的空間。因為是閉合的三圍空間所以光一旦進入這個區域就在也無法出來了,也因此事件視界邊緣看起來是一個黑色的球體。好比我們把地球表面看作是一個彎曲閉合的二維平面,然後無論你在這個二維平面上怎麼走你都無法離開。除非你往上跳從第三維度離開。黑洞也是類似道理,掉進事件視界裡也許只能從第四維空間離開。

還有前面講萬有引力彎曲物體周圍的時空,也就是說時間也受影響。引力越大的地方時間走的越慢。理論上來講黑洞事件視界裡的時間是靜止的。但事實如何誰又能知道呢?畢竟人類從沒有直接觀察到黑洞。


天空城177486152

關於光會被黑洞吸住這個問題,我想我們人類到目前為止還有一個問題沒有考慮清楚,“即什麼是空間,關於空間的大小具體是怎麼衡量的”。

根據我們現有的愛因斯坦預言的時空發生彎曲的理論我們可以得出,當天體質量較大時,天體周圍的空間就會出現扭曲,而光線在經過大質量天體時,光線在我們人類的觀測上會出現扭曲。

但是這個理論如果反過來想一想,如果我們處於哪個扭曲的空間內部去觀測光線的時候,看到的光線是不是也是扭曲的呢?這個就要引起我們的思考了。很有可能彎曲的並不是光線,而是空間的彎曲導致了某一些規則的改變,而這種改變的規則超出了我們人類的理解能力,這就導致了我們人類出現了錯誤的觀察結論。

同理。黑洞這個天體與我們日常生活中遇到的物體截然不同。

就我們可以推測的結論可以得出,黑洞周圍的時間和空間接近無限大,這個規則與地球上的時間、空間規則理論體系是截然不同的。這就導致了我們目前的規則體系無法解釋黑洞附近的光運動各種現象。

那麼我們是不是也可以想象一下,事實上並不是光線被黑洞吸引進去出不來,而是光線在黑洞附近接近於無限大、長的空間和時間裡傳播,至今沒有從另一頭穿出來呢?

現在是深夜十二點,以上都是我在半睡半醒之間的胡說八道,沒事看一看,想一想就結束。明早繼續上班。


落下m

這和黑洞的引力是有關係的,因為黑洞引力極大,而光在運動中是有質量的,有質量就能被引力吸引,當光到達黑洞的視界邊緣時,黑洞的引力會大到讓光也無法逃脫,只能掉頭轉向黑洞裡邊去,所以黑洞是可以吸住光的。

在黑洞吸引光的過程中,會發生很多奇葩的現象,理論上當光進入黑洞的視界邊緣時,其速度是要超過普通狀態下的光速的,那麼根據愛因斯坦廣義相對論來說,這個時候會發生時間倒流的現象,然而時間到流的話,光應該就能逃出黑洞了,所以這也是自相矛盾的,因此,關於黑洞中的世界,可以說我們是一無所知。


古月今談

首先光是能量的一種傳播方式。光源之所以發出光,是因為光源中原子、分子的運動,主要有三種方式:熱運動、躍遷輻射(包括自發輻射和受激輻射),以及物質內部帶電粒子加速運動時所產生的光輻射。而黑洞就是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小,熱量無限大的奇點。當一顆垂死恆星崩潰,它將聚集成一點,這裡將成為黑洞,吞噬鄰近宇宙區域的所有光線和任何物質。根據以上知識,黑洞能吞噬光是正常的。

而對於所問的光被黑洞吸進入這個是屬於吸積方面的。當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料,由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),質量導致的時空扭曲使得光向內偏折得也如此之強,以至於光也逃逸不出去 。


小魚貝貝

有回答說光在運動時有質量被黑洞吸引顯然是不對的,光沒有質量是確鑿無疑的事實,不能認為習慣說光無靜質量就認為運動的光有質量。因為光的靜質量實際是為與其具有的相對論質量來區分的。應該認為,光進入黑洞不能出來是因為黑洞具有閉合捲曲的空間。光在進入黑洞視界後,彷彿進入了閉合向心螺旋的環形空間,對光來說這個環形空間與平直空間一樣,光在其中還是在傳播的,只不過不能像平直空間那樣穿到黑洞另一端出去。所以準確說光進入黑洞並不是被吸進去,而應是被捲進去的。這一觀念滿足信息守恆等物理準則。


焦子之

簡單來說光不是被引力吸進黑洞,而是黑洞巨大質量使得空間周圍產生時空扭曲,光穿過扭曲空間會發生彎曲,並向曲率大的方向偏轉也就是黑洞中心偏轉,這會形成惡性循環越偏轉彎曲越大直至進入黑洞,如果光垂直時空曲面飛行會飛出黑洞之外,反之會隨夾角不同而彎曲程度不同而不同。時空彎曲會對有質量的物質產生引力現象。即時空彎曲是本質,引力只是現象。所以光“”吸入“”黑洞會給人造成一種假象是因為質量被吸入黑洞的,其實不然。


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