光沒有質量,黑洞為什麼可以吸住光?

ataman


1687年牛頓提出了萬有引力定律,證明了任何物體之間都有相互吸引力,而且這個力的大小與各個物體的質量成正比例,與它們之間的距離的平方成反比。因此萬有引力定律也同樣適用於黑洞這類超大質量的天體,可以說它是維持宇宙星系穩定運行的一種“力”。

而就在前天首張人類“拍”到的黑洞照片——M87超大質量黑洞照片的發佈會上,證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性,因此說光的質量是零這種說法本身就是錯誤的,而只能說光沒有靜止的質量。那麼黑洞是如何吸住光的呢?

在回答這個問題之前,我們先來講一下為何從地球上發射圍繞地球作圓周運動的人造衛星需要達到第一宇宙速度,而探索月球或火星等天體的航天器則要達到第二宇宙速度,其實這與地球的引力存在直接的關係,因此航天器要脫離地球引力的束縛則其速度需要大於或等於地球的逃逸速度(11.2km/s),而黑洞也有其自轉速度,日本科學家測算的黑洞自轉速度約為光速的22%,約66000km/s,且自轉速度與黑洞的質量大小關係不大,約為地球自轉的14萬倍,而黑洞的逃逸速度要比光速大。

然而我們都知道,在均勻的介質中光是沿著直線傳播的,由於黑洞質量超大,因此其對於周邊物質所產生的引力也巨大,這種巨大的引力能夠扭曲時空,這扭曲的時空就好比是油鍋上方虛晃成“波浪”的圖像一樣,而且越往黑洞的中心扭曲的更厲害,以至於出現“旋渦”,也就是一個“奇點”,當光線進入黑洞後就會在扭曲的時空內穿行直至進入了擁有絕對質量的“奇點”這個“死衚衕”裡再也出不來而已,因此不是黑洞吞沒了光,而是光在黑洞裡“迷路”了。

以上講了這麼多,你對黑洞是如何吸住光這個問題了解了嗎?歡迎留下你的心得體會!


地理那些事


在真空中,如果沒有障礙物,那麼光沿直線運動。

而我們的空間會被引力扭曲,從而「直線」也會被扭曲。

直線的定義是兩點之間最短的一條曲線,這個定義在歐幾里得的平直空間中成立,在非歐幾何中也成立。



我們所處的空間,由於會被引力扭曲,所以其實需要用黎曼幾何來描述,而在這個公理體系下,直線是可以看起來「彎曲」的。

有一種常見的不嚴謹的說法,是「光具有動質量」,這個說法非常奇怪,因為在物理學中沒有「動質量」這個說法。當然,我們可以用能量以及質能方程計算出對應的質量,但如果混淆了,就會出一些問題。

當然,計算對應的質量在有些地方是比較方便的。比如從地面射一束激光出去,在高空觀測到的頻率會有偏移,如果用幾何方法算,那就會非常複雜。但如果用質能關係計算,過程就會非常簡潔。


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