引力对光有作用,那么一束光射向一个黑洞,到达黑洞引力范围时,光速会不会加速?

昭然若示


应该说光在真空中的运动速度相对于时空的度规来说是永远不会改变的,即便是在黑洞附近。


度规的通俗解释可能是指时空的形状以及度量这个形状的坐标系(由此建立可计算的量纲体系)。所以,上面一句话可以这么来说,无论时空是什么形状,光速在其中以测地线(两点间最短的线)运动的速度都是不变的。


这个结论是来自于光速的内涵并不仅仅是光在真空的速度,而实际上是我们时空的内在结构使然。所以时空的内在结构限制了光的传播速度,而无论时空外在结构是如何被扭曲的。


这就像在二维世界里,例如一张纸,如果有个二维人一直在这个世界里走直线,那么无论这张纸被如何蹂躏和折叠,这个人都只会认为自己走的是直线,而且生活在这张纸上二维世界里面的人都不会觉得自己的世界有何异样。[头条·小宇堂-未经许可严禁转载]

上图:史瓦西度规。描述了黑洞周围时空的形状和度量的“刻度”,并明确描绘出了时空在这样的时空中的测地线(点之间的距离是如何定义的)。


光在向黑洞视界的方向行进的过程中,它的速率不会改变

这一方是面因为光只是忠实地沿着测地线以光速c运动;而另一方面,因为时空向黑洞奇点凹陷汇聚,这使得时空变得密集了,这种情况等效于空间在向黑洞奇点加速运动,这可以简单理解为“一个运动(或者流动)的空间就是时空”。黑洞周围的空间在不断地向奇点运动,同时跟着运动的还有空间中的一切物质。但空间流动的速度不会超过光速,而且由于光没有静态质量,所以似乎光并不受空间流动速度的影响,光仍然独善其身地按自己的步调穿行。这就像一个人在漫步的人流中奔跑,人流走慢一点还是快一点,对跑步的人来说没什么影响。

上图:黑洞周围的时空实际上无时无刻不在向内流动,而且是加速流动。对于黑洞外的物体而言,黑洞的中心就是其未来的一部分。而对于黑洞视界及其内部的物体而言,黑洞的中心就是其全部的未来。此刻作为地球上的物质,其未来中只有很小一部分是黑洞。但终究,一切物质的未来都会流入某个黑洞。也就是说,我们不过是在前往某个黑洞的路上。


光在向黑洞视界的方向行进的过程中,改变的只有它的波长

但是因为空间在不断地向一个点汇聚,空间和时间都变得拥挤了,光也不能“免俗”,于是光的波长随着空间网格的缩小而缩小,于是光变“蓝”了,术语称之为“(引力)蓝移”,相当于光子的能量提高了。反之,道理一样,如果光背向黑洞运动,那么它会“(引力)红移”,光子的能量降低了。

上图:引力红移和蓝移.这可以由多种方式来解释,时空密度梯度,时间膨胀、强等效原理等等,这些概念在解释这个现象上都是等效的。还有一种诡异的说法,就是面对引力的加速,光无法改变速度,只好改变波长,增加能量,但不增加速度(好吧,这也算是一种解释)。


总结

光速射向黑洞,不会导致光加速,但会发生蓝移,因为:

  • 光速受到时空结构的限制而无法再增长,因此光只好通过改变波长,或者是;

  • 因为时空扭曲变密而看起来波长变小,从而获得了更高的能量,或者;

  • 因为等效原理,光在引力场下的加速度等效于在时空几何的密度梯度中像更高密度的位置运动,于是获得了更高的能量,因而波长变短。


小宇堂



目前在我们宇宙中只有宇宙空间的膨胀和量子纠缠超越了光速 。

其他物质都无法超越光速,因为根据爱因斯坦的质能方程,如果把一个物体加速,那么这个物体的自身质量就会变大,那么所需要加速的能量就会越多,所以我们永远没有办法超越光速或者等于光速,这是无解的。


而光不一样,光是没有静态质量的,是以一种能量的形式存在的。

光从恒星中产生出来,就开始在宇宙中游荡,直到被宇宙中吸光的尘埃吸收,或者飞到太阳能板和植物上被吸收。还有就是被黑洞吸收。

按照相对论中的引力场论,每个天体周围都存在一种引力场。

而光就是被黑洞这种强大的引力场扭曲了路径,因为黑洞质量非常大,扭曲的空间就越严重,导致黑洞周围的光的路径只是撞向黑洞,而不是逃离黑洞 。




小伙伴们一定脑洞大开的想着利用黑洞的引力吸引来使光超越光速。

其实不然,光没有静态质量。引力只会改变光的路径方向,并不会加速光。即使有质量的物体被无限大的引力吸引,也只能无限接近于光速,而不会超越光速。
喜欢不要忘记关注订阅我们!——时间史。


时间史


黑洞附近有强大的引力,物体坠入黑洞时会有一个加速过程,黑洞周围发光的吸积盘就是物质被卷入黑洞的过程中不断加速,摩擦释放电磁辐射的原因。

有一些科普材料是从经典力学的角度去介绍黑洞的,说黑洞附近强大的引力使得其视界处的逃逸速度达到了光速,就连光也逃不出它的引力。这种解释容易让人理解黑洞的概念,不过也容易让人误以为黑洞能够对光产生引力作用。

两个物体之间存在着万有引力,引力的大小与物体质量的乘积成正比,光子的静止质量为零,黑洞不可能对其产生引力作用,所以黑洞不会对光子进行加速。并且相对论中还有光速不变原理,也不允许黑洞对光进行加速。

光子逃不出黑洞的视界需要用广义相对论进行分析。按照广义相对论,有质量的物体周围的时空会发生弯曲,并且物体的质量越大越集中,时空的弯曲就越明显。黑洞的质量非常集中,使得周围空间的曲率非常大,在黑洞中心处的奇点附近,曲率更是能够趋近于无穷大。在广义相对论看来,引力是时空弯曲的外在表现,光沿着曲线运动并非是黑洞对其产生了引力的作用。物质使得空间发生了弯曲,空间指引着物质该怎么运动。光是沿着直线传播的,当空间发生弯曲后,连带着光走的路径也发生了弯曲,这就使得光不会逃出黑洞的视界。


刁博


这是对引力本质和光速不变原理的误解。理论上讲,黑洞的引力(任何天体的引力)是无限远的,只不过距离越远引力越小,小到一定程度就可以忽略不计!

黑洞是一个特殊的天体,任何事物一旦到达黑洞的事件视界,就再也出不来了,黑洞强大的引力会把它们无情地吞噬,光也不例外!

引力的本质就是时空弯曲,光之所以逃不出黑洞的引力,是因为黑洞把时空结构拉伸到极致,而光只是沿着被拉伸的时空飞行,所以理所当然地逃不出黑洞的引力范围。

光速不变原理是普遍存在的,不管在任何条件任何运动状态任何参照系下都存在的,不受任何条件的影响,是宇宙的一个固定属性。

不能因为黑洞的引力大就说黑洞会把引力加速,如果是这样的话,太阳也会把光加速,只不过加速非常有限,因为太阳对光也有引力,甚至你也会把光加速,因为你对光也有引力!

事实上并不是这样,天体只会让光发生弯曲,这种弯曲就是时空弯曲的体现,也证明了广义相对论的正确性。而黑洞只是把光的弯曲做到了极致,让光在无尽的弯曲时空中光速飞行,甚至形成一个回路,让光永远飞不出黑洞的引力范围!


宇宙探索


引力无穷大。光也飞不出。至于是否超速,要到里面才能知道了。


楚有歌


光的环轴速率会增加,径向速率会减小,光子如果不衰变,总速度就会不变。如果衰变,就可能减小


石鼎文


对不起!这个物理学我不太清楚。


陈健光1959


为什么要产生和黑洞宇宙在这个时间点10,000,000,000光年,是不是黑洞越来越多。太阳系是不是宇宙的过客。


瑞雪33804


那“光子”一旦被“加速”了,或者就不叫光子了,好象人们就是这样定义着光子的。每种物质及其表达的运动形式都明显存在其空域性的层次化存在形式或是其要表达的空域形势及其性质。


雪舞200324376


我再一次对光做一些说,希望以后能成为大家的共识。

光的本质是振形式的传播,这种振动形式没有质量,无论引力多大,都无法阻止这种形成的生成与传播。但是强的引力区域,将导致振动形式的改变。如波的振幅与频率,甚至影响光的传播速度。但无法阻止波的形成与传播,所谓黑洞理论是有质量的物体,即便是光速运动也无法挣脱黑洞的引力。但光是不可能被黑洞束缚的,这种假设不成立。同时光是宇宙中最大的速度,这只是一个假设,现在无法在技术上验证,并非以后就不能。


分享到:


相關文章: