爲什麼引力波可以逃出黑洞?

rosedameiniu

愛因斯坦在1916年6月,就在廣義相對論的基礎上預言了引力波。所以,引力波和郭英森先生沒有任何關係。引力波是一種對引力傳遞方式的簡潔的描述。任何物體都會產生振動,比如水面,水面發生振動,就會以一圈一圈波的形式向外界擴展,把能量信息傳遞出去。這就是水波。水波是可以傳遞信息出去的。而引力波,就是“傳遞引力的波”。施鬱教授做了定義:引力源質量分佈的改變,導致它對其他物體引力的改變,這種改變以光速傳播開來,就是引力波。這裡,有兩個要說明。第一個,引力波是可以傳遞信息出去的,所以可以影響到別的物體。第二個,引力波傳遞信息的速度為光速。

在牛頓時代,提出了物體之間萬有引力瞬間作用的構想。比如,太陽和地球之間的距離是8光分,如果假設,有一天太陽突然消失了(當然這是違反自然規律的,不可能的),按照牛頓的想法,太陽的消失,立即會由於萬有引力的消失,瞬間讓地球上的人類感觸到。牛頓認為,萬有引力的作用是瞬時的,在宇宙中是瞬間到達的。加拿大一個民科寫了一部《反思我們的科學遺產》,也引用了牛頓的關於萬有引力作用速度的悖論,作為他證明萬有引力不存在的證據。

不過,隨著激光干涉引力波天文臺(LIGO)的工作貢獻,引力波被成功觀測到,已經推翻了牛頓的關於萬有引力傳遞速度的假設。愛因斯坦預言的引力波,被證實了。為探測引力波做出傑出貢獻的三個科學家,為此榮獲2017年諾貝爾物理學獎。

引力波,理論上由引力子承載信息,但我們暫時還沒有發現。黑洞是一類特殊的天體,它在視界以內是完全自我封閉起來的。除了沒有證實的“霍金輻射”現象,黑洞禁止向外界傳遞任何信息。這是因為,按照相對論,任何信息的傳遞速度,不能超過光速。而黑洞的巨大的萬有引力讓空間極度扭曲,把所有的信息都禁錮起來,即使是光都不能離開,所以任何信息都不可能從黑洞內部逃離,也包括引力波的信息傳遞。


懷疑探索者

引力波並沒有“逃出”黑洞,因為“逃出”隱含的意思是它最初在黑洞裡面,然後到了外面。實際情況是,在兩個黑洞合併的過程中產生了引力波,從一開始它就在黑洞外面,然後向宇宙的四面八方傳播。

這裡稍微解釋一下引力波是什麼。在牛頓力學中,時空是絕對的,時間就是均勻的流逝,空間就是空洞的場所,跟物質沒有關係,自然也沒有結構可言。但在相對論中,時空是與物質有關的,物質的質量會使時空彎曲,這樣時空就有結構了。可以把時空理解為物質運動的舞臺,那麼普通的波就是舞臺不動,物體運動,而引力波是這個舞臺本身在動

題主需要想到一點:如果黑洞不能產生任何可觀測的效應,那我們怎麼可能知道黑洞的存在呢?其實早在發現引力波之前,人們就在不斷地觀測黑洞,找到了許多天體是黑洞的證據,例如有些輻射看起來是從黑洞的“吸積盤”發出來的(理論可以預測黑洞吸積盤的譜線,觀測與之相符)。當然,由於黑洞不能直接看到(黑洞裡面的光不能跑到黑洞外面),這些證據都是間接的。不過,這些間接的證據已經相當可靠了,因為很難提出其他合理的原因解釋這些觀測結果。

黑洞吸積盤

最後,前面說的都是黑洞在外面產生某些效應。但即使是從黑洞發出物質,按照某種理論也是可以的,這就是“霍金輻射”!這個理論就不只是廣義相對論的結果了,還必須用上量子力學。根據量子力學,“真空”並不是真的空無一物,而是時刻在產生虛的正粒子與反粒子的對,它們不斷產生又不斷湮滅。如果在一個黑洞旁邊,剛好有一個粒子被黑洞吸進去了,那麼相應的反粒子就從虛的變成實的,相當於從黑洞發出了這個反粒子。


袁嵐峰

謝謝邀請。簡單的回答就是引力波並沒有逃出黑洞,至少我們目前觀測到的引力波不是。接下來讓我們詳細看一下。首先簡單看一下黑洞。黑洞其實就是一個強大的引力體集合,通常認為黑洞的所有質量都是集中在中心的奇點上,正是因為這個原因,在奇點周圍的一個範圍之之內,物體的逃逸速度要比光速要大。我們知道,光速是我們所知道的物理運動的最高速度,沒有任何的其它實際運動速度會比這個高,因此利用逃逸速度等於光速我們就可以定義一個臨界面,也就是我們所熟知的視界面。在這個界面之內,任何比物質包括光都逃逸不出去,因為裡面的逃逸速度需要比光速大。而在之外,物體是有機會逃離的。那接下來讓我們再看一下引力波,在1915年愛因斯坦提出廣義相對論場方程。幾個月之後,他就在簡單近似的基礎之上了,得到了一個時空運動的波動解,這就是我們現在知道的引力波。非常有趣的一點是,引力波是以光速運動的。我們知道,光通常也被稱為光波,它的最小組成單位為光子。然而對於引力波而言,從理論的角度,它的組成單位也應該是引力子。但是限於目前的探測技術,我們只探測到了引力波,還沒有探測到更小的引力子。儘管如此,我們可以想象,引力子的運動速度也就是光速。接下來再讓我們看一下,如果引力波或者引力子產生於黑洞的內部,因為其速度也就是光速,也不可能逃出去。另外,對於目前所探測到的引力波,至少從擬合的角度反推得知,產生的引力波也是距離黑洞視界面有一定距離的,也就是說所產生的引力波在黑洞視界面的外邊,而非裡面,所以是有可能逃逸出去的。

歸根結底,目前探測到的引力波之所以能夠被探測到,就是因為它們產生於黑洞的視界面之外,而非視界面之內。


黑洞來客

在前四次引力波事件中,都是黑洞合併釋放的,這並不是說引力波可以逃出黑洞,而是黑洞合併產生時引發了時空漣漪。這是一種時空彎曲所帶來的效應,以波的形式在宇宙中傳播,速度當然是光速。黑洞所控制的是電磁波,引力波與電磁波是不一樣的,前者為時空本身的特點,電磁波則不是。第五次引力波事件中,GW170817信號源又名SGRB 170817A餘輝的新影像,最初被命名為斯沃普超新星調查SSS17a,顯示了明亮藍色的天文瞬變,之後又被國際天文協會稱為AT2017gfo,是一次中子星合併產生的引力波。

毫無疑問這樣的事件會越來越多,第五次引力波事件中,智利拉斯卡帕納斯天文臺使用斯沃普1-m望遠鏡所觀察的圖片是一次突出的貢獻,它引出了多信使天文學的時代。引用150年前路易-巴斯德的話,一旦涉及到觀測,機會只會留給有準備的人,顯然在2017年8月17日晚,當警報已發送到LIGO/VIRFGO引力波團隊時,天文學家已經做好了準備。

因為第五次引力波事件GW170817,我們瞭解到了中子星合併的核物理學,相對星體演化,這方面的宇宙學顯然還是個空白。根據這次引力波事件,我們現在知道了宇宙中的重金元素是怎麼產生的了。第五次引力波事件與前四次不同,前四次是黑洞產生,第五次為中子星產生,引力波是宇宙彎曲時空特點所產生,與黑洞逃逸速度沒有關係。


川陀太空

因為引力波本來就在黑洞外部,它並不是從黑洞內部的質量源傳播出來的,它自己就是時空,不過是彎曲的時空而已。


低熵製造機

因為它不在三界之內,五行之中。這當然是開玩笑的啦,不過聯想一下,其實這麼理解也可以黑洞就目前我們人類的認知領域中可以“吞噬”絕大多數東西,不僅是光線,甚至是時間。沒錯黑洞連時間都可以“吞噬”,但是相對於我們來說的時間概念。

那我們來看看引力波是啥。

在物理學中,引力波是指時空彎曲中的漣漪,通過波的形式從輻射源向外傳播,這種波以引力輻射的形式傳輸能量。這種彎曲是因為質量的存在而導致。通常而言,在一個給定的體積內,包含的質量越大,那麼在這個體積邊界處所導致的時空曲率越大。當一個有質量的物體在時空當中運動的時候,曲率變化反應了這些物體的位置變化。

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,熱量無限大的奇點和周圍一部分空空如也的天區,這個天區範圍之內不可見。依據阿爾伯特-愛因斯坦的相對論,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。

看到這一些人已經懵懵懂懂的明白了。舉一下光線的例子,光線之所以會被“吞噬”是黑洞扭曲了時空造成的,改變了光的傳播路徑,使之朝向奇點傳播。同時由於扭曲了時空,相對於我們來說是“吞噬”了物質和時間。引力波是時空波動產生的,質量是其產生的必備條件。而黑洞是一個質量很大的天體,其本身也是通過扭曲時空來運作的。簡單一句話引力波並不屬於時空中的物質和能量,不屬於“三界之內,五行之中”。所以黑洞管不了它。


嚮往王者的廢鐵

通俗易懂的理解何為引力波?

談起引力波就不得不把歷史倒回去一百多年前!1916年愛因斯坦就首次預言了引力波的存在,到他認為引力波的振幅非常非常小,他無論如何都想象不到,所以人類也不可能探測得到!

但是從2016年開始,科學家們就陸續用探測器探測到了引力波信號!

言歸正傳,何為引力波?

理解引力波最好的也是最通俗易懂的方式就是把它形象化!比如將時空比作為一張彈性很好的完全平的超大蹦床,如果你在上面放一個重球,那麼平面不再是平的,而且中間凹下去了,那麼這時就好比空間發生了扭曲現象!這時如果在一定的位置上放一個類似的重球,讓兩個球相互作圍繞運動,由於每一個球都會使它周圍的空間彎曲,所以當這兩個球相互圍繞時,就會使得彎曲的時空向外傳遞,而傳遞的這個東西就是引力波!

大致效果如下圖所示:





那麼引力波可以逃出黑洞嗎?

黑洞相對於引力波,我們更為熟悉!我們大致知道的黑洞最大特點就是"連光都無法從其中逃脫"!利用愛因斯坦的理論而言就是,當一顆催死恆星崩潰,它將會聚集成一點,這裡將成為黑洞!

那麼引力波可以逃脫黑洞嗎?

其實這是不同概念的問題,不能夠牽扯到逃逸問題!

引力波不屬於時空中的物質和能量,引力波是時空波動產生的!而黑洞本身也是通過扭曲時空來運作的,所以引力波是一種偷換概念,它並非是一種具有波特性的射線等物質或者能量!簡單地說,引力和引力波根本就是兩種物質!引力波是空間扭曲的漣漪,而黑洞則是靠著扭曲時空來運作的,大家好好仔細想想其中的區別就會明白!



關於引力波的科普知識:

  • 1916年,愛因斯坦基於廣義相對論預言了引力波的存在!
  • 2015年LIGO獲得了引力波的直接觀察證據,足足跨越了一百年!
  • 引力波是時空扭曲產生的結果,平面時空裡不可能存在!



最後,望採納!喜歡的可以點個贊或者關注我喲!也可以在下方留言區留言,讓更多人知道你!謝謝!


科學無處不在

波粒是二象性的,所以即是波也是粒子。這裡我要問兩個問題,光如果是因為速度無法逃出,那麼光進入黑洞速度會增加嗎?如果不能,那麼因為進入黑洞增加的能量那裡去了?黑洞無法發出光線,物體從星體出來速度是逐漸減小的,那麼黑洞中光線是什麼存在,是如何發出的。如果光線因為速度被彎曲,光線速度都一樣,為什麼穿過星體會有散射,早晨看到的太陽是紅色的。現在的黑洞理論和我的模型有矛盾,我認為光既是波也是粒子,宇宙應該遍佈這種粒子,也就是過去想象的依態。這種微粒沒有質量或者質量很小,速度一直就是光速運動,光速已經變成像質量一樣的特性。它隨能量大小不同而不同,以此形成各種光,能量特徵體現在頻率波長上,引力對它的影響也是因為頻率波長不同而不同。黑洞因為有很多層次,在斷層處就會出現強光沒有,弱點的逃不出來,光是能量傳播,雖然不能逃出,但是因為周圍全部都是能量,由此只是大部分逃不出來,還是有小部分出來,只是太小,無法看到。事實上我認為黑洞收縮是強能量收縮,結果就是弱能量被擠出來,收縮時必然有能量也就是光線發出,變成黑洞,是因為這時候它是穩定狀態,發出的只是弱光或者根本就不發出光線。所以黑洞周圍佈滿能量粒子,它們不是逃不出來,而是根本就進入不了黑洞裡面,因為它們的能量層次太低,黑洞只容納高能量,而且隨黑洞層次不同,高能量也不同。星體周圍的能量層是形成引力的原因,不過我認為是空間形成的對星體世界內物體的阻力更加恰當。所以引力波不是出不來,而是進不去,只能在它周圍。光子在物體中是不斷進出的,這就是溫度的變化原因,隨物體之間距離不同和溫度不同而不同,距離近就會交換平衡溫度,距離遠就只能自我循環,所以分成不同的能量密度層次,以此形成力量,變成引力。引力波和磁力場一樣,只是磁力方向相同,以此力量強大,引力波粒子方向相互抵消,變成了引力波。


董豔臨

很多人根本不理解力,大質量大引力的物質,對什麼都無法逃脫嗎?

顯然這個認知是荒謬的,力是相互作用的,相互作用取決於質量,而不完全取決於引力的大小。

光子在運動時候質量也很小,它受到力的作用也非常小,當作用力無法改變速度,或改變速度甚微的時候,光子是可以運動的。

而在宇宙中,如果運動的時候,比光子質量還小,那麼你運動的速度有可能超越光子,比如量子。

實際上,人類現在的技術還測不出光子與量子的質量,但目前人類認為量子的速度比光子要快。

問題來了,引力波在運動的時候到底有沒有質量,質量比光子的大小。

很多問題,因為在微觀世界,人類還無法探求,一切都是猜測,還是人類的科學技術水平能夠達到光子級別,或者量子級別,甚至引力波級別才能知道。

現在人一談黑洞,不考慮質量,不考慮速度,不考慮力的相互作用,好像什麼都可以吸收,其實不然。


在路上61281823


光都無法逃脫黑洞,為什麼引力波可以?首先引力波與光有本質的區別,引力波就是黑洞合併產生的,所以不能算是逃出黑洞。

用上圖的經典比喻簡單解釋:中間的大球是黑洞,光子是在彈簧床上滾動的白色小球,引力波是整個彈簧床的顫動,這兩者本質是不同的。

空間好比彈簧床,有質量的天體會在床上壓出一個凹陷。黑洞這種緻密天體壓出的凹陷太大了,以至於在彈簧床上的其它東西(包括光速運動的)只要初始位置和速度合適都會掉進去。如果這個大球(黑洞)在彈簧床(空間)上滾動起來,彈簧床就會振動,這種振動沿著彈簧床傳播出去,就類似引力波。因此稱不上引力波“逃出”黑洞的束縛。


分享到:


相關文章: