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光沒有質量,黑洞為什麽能吸收光?

要了解光子是否會被黑洞吸引,我們需要解決兩個問題,壹個是引力的物理機制,另壹個是光子的性質。

自上世紀以來,人們的認識已經超出了宏觀範圍,以至於作為物理背景的空間效應逐漸出現,例如任何物體的波動。

此外,普朗克常數H的發現表明我們的宇宙是量子化的。另壹個發現也很重要。盧瑟福用電子轟擊原子,意外地發現只有極少量的電子被反射回來。這表明原子的質量集中在壹個小區域內,原子的體積是由電子的高速運動形成的。

總而言之,宇宙是由量子組成的,空間不是空的,物質不是真實的。因此,我們得到了壹個有機量子景觀:

離散基態量子構成空間,激發量子變成光子,屬於能量範疇,高能量子構成的封閉系統就是物質。

因此,宇宙中所有的物理現象都可以歸結為空間量子的不對稱碰撞。例如,高速運動和加速運動以及微觀粒子的存在會引起空間量子的不對稱碰撞,使物體的速度受到空間的限制,物體具有慣性,微觀粒子具有顯著的波動。

引力也不例外,它也是由量子的不對稱碰撞引起的。作為壹個封閉系統,材料的封閉性小於1,這將輻射熱能使空間量子獲得能量。因為高能量子會降低物質的緊密度,兩個物體內外的量子碰撞是不對稱的,由此產生的空間壓力差就是引力。

上述引力機制要求受力物體具有兩個特征,壹是具有體積,二是能夠散熱。對於壹個封閉的物質系統來說,顯然這兩個條件是滿足的。因此,任何物質都會相互吸引,這就是所謂的引力。

光子是壹個特例,本質上,它只是壹個離散的量子。雖然量子的角動量是普朗克常數h且大於零,說明量子有質量和體積。但是量子的質量很小,量子輻射的熱能遠遠小於作為封閉系統的物質輻射的熱能,它們屬於不同的層次。因此,就引力而言,量子輻射可以忽略不計。

因此,作為激發量子,光子只能感受到空間量子與其體積的不對稱碰撞。也就是說,光子對光子或物質沒有吸引力,但物質可以吸引光子。如果光子的能量增加,光子的等效體積就會增加,這可以用光子的動態質量來表示。

至於黑洞,由於其巨大的密度,物質的運動和排斥遠遠無法抵抗引力的吸引,它們將無限地聚集在壹起並相互擠壓,從而使封閉系統解體並被還原為離散量子。因此,黑洞是壹個由高能量子組成的巨大封閉系統,與電子和質子屬於同壹層次。

綜上所述,光子會被黑洞吸引而落入黑洞。然而,壹旦進入黑洞,光子之間不再有引力,它們之間只有彈性碰撞,這種碰撞從引力變成了斥力。這就是為什麽黑洞最終會在壹次巨大的爆炸中結束其奇怪的生命。

首先我們來討論壹下:光有質量嗎?愛因斯坦質能方程E=mc?告訴我們:質量中其實有能量,能量中其實也有質量。它們是同壹件事的兩個方面。

光的本質應該認為是“光子”,具有波粒二象性。光有能量,所以它也有質量,只不過它的質量應該是其能量除以光速的平方,也就是m = e/c ^ 2,我們也把這種“質量”稱為動態質量。

因此,光不是無質量的,它具有運動質量,但靜止質量為0。

那麽為什麽黑洞可以吸引光呢?這得從黑洞的演化說起:當恒星老化時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料,中心產生的能量即將耗盡。這樣,它不再有足夠的強度來承受外殼的巨大重量。因此,在外殼的沈重壓力下,內核開始崩潰,物質將無情地向中心點進軍,直到最終形成壹個體積幾乎無限、密度幾乎無限的恒星。當它的半徑收縮到壹定程度時(它必須小於史瓦西半徑),質量造成的時空扭曲使連光都無法射出去——壹個“黑洞”誕生了。

黑洞的體積幾乎無限小,密度幾乎無限大,這使得黑洞具有巨大的質量,因此引力極強,使得視界中的逃逸速度大於光速。所以它扭曲了壹定範圍的空間,當空間彎曲時,光只能沿著彎曲的空間移動。就好像妳面前有壹條路。如果道路突然轉彎,妳只能沿著彎曲的道路行駛,燈也是壹樣的。前進的路彎了之後,也會彎。

所以簡單來說:並不是黑洞吸引了光,而是光沿著黑洞扭曲的空間進入了黑洞。黑洞是時空曲率中的壹個天體,它太大了,光無法從它的視界中逃逸。

結語:北京時間4月19日21時,人類第壹張黑洞照片出現。

黑洞位於室女座壹個巨大的橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,其質量約為太陽的65億倍。它的核心區域有壹個陰影,周圍有壹個月牙形的光環。

光沒有質量只有能量,而黑洞是壹種缺乏能量的天體,所以它可以自然地吸收光的能量。黑洞是大爆炸留下的宇宙坑,是缺乏能量的天體。

沒有靜止質量,光就不會受到重力的影響。但根據愛因斯坦的廣義相對論,引力場中的時空不再是平坦的,而是彎曲的。愛因斯坦早就預言,當光穿過像太陽這樣的恒星時,它會發生偏轉,愛丁頓等人通過天文觀測驗證了相對論的預言。對於像黑洞這樣質量大、引力強的天體來說,它會引起強烈的時空彎曲,這將導致光因為時空彎曲而逃逸。

黑洞是壹種密度極高的天體。其巨大的質量和強大的引力使其表面的逃逸速度超過光速,包括光在內的壹切都無法逃逸。根據相對論,當大質量天體坍縮時,其表面的時空會彎曲。壹旦坍縮到黑洞的密度,黑洞就相當於時空的奇點,黑洞表面的時空已經被彎曲,甚至連光都無法逃脫。

人們也把逃逸速度等於光速的黑洞周圍的界面稱為視界。物質和光等輻射只能從視界外進入黑洞,而無法從視界逃逸。因此,黑洞的視界是分界線,黑洞內部的物質和信息無法傳輸到外部。除了霍金預言的黑洞輻射之外,黑洞就是這樣壹個只吃不吐的家夥。

這是壹個非常有價值的問題。這個問題需要關註兩個問題:壹個是光的性質,另壹個是黑洞影響光的傳播的問題。

首先,關於光的本質,目前我們認為光具有波粒二象性,也就是說光既是波又是粒子。兩者並不沖突。說到這裏,我要說壹個看起來不太出名,但實際上我非常欽佩的物理學家——德布羅意。作為壹個因為愛好而中途出家的物理愛好者,他發現物質具有波動性,從而將物質和場統壹起來,成為波動力學的創始人。德布羅意的發現統壹了物質和波,也就是說光既是粒子又是波。單個光子出現的位置是偶然的,但壹旦粒子數量多了,就會服從壹定的統計規律。此時,我們不得不討論光是否有質量,因為它直接關系到下壹個問題的討論。

目前主流觀點認為光子沒有質量。壹旦壹個粒子有了哪怕壹點點質量,它的速度也不會達到光速,因為當它無限接近光速時,它的質量就會變得無限大,如果再加速,就需要無限的能量。因此,只有沒有質量的光子才能達到宇宙的最高速度——光速。但是光子攜帶能量。根據光子攜帶的能量,有壹個計算光子質量的公式。攜帶的能量越大,質量越大。因此,我們說光子沒有靜止質量,只有運動質量。我們不能捕獲壹個光子並讓它靜止不動。光子必須總是以光速運動。

黑洞如何影響光的傳播?是因為光子有質量才被主動拉入黑洞嗎?我個人認為不應該這樣。根據相對論,引力實際上是時空曲率的壹種表現形式,也就是說,大質量物體周圍的空間本身並不平坦,光總是沿著它認為的最短距離傳播。這樣,空間彎曲後光線也彎曲了。當空間大大彎曲時,光傳播的最短距離是在黑洞內部,因此光無法從黑洞中逃逸。

最後說點題外話,我腦子沒轉過彎。這個根據高中物理公式輕易得出的結論有什麽問題?我覺得有點不對勁,但我想不出問題出在哪裏。公式如下:mv?r=GMm r?m是周圍物體的質量,可以省略。也就是說,它與周圍物體的質量無關。這能作為這個問題的解釋嗎?強引力、微觀和高速狀態是否不適用?好像有點不對勁。我感謝妳的幫助。

光具有動態質量,而所有物質都是動態的(移動的),只是相對靜止的。光不是相對靜止的,這是它的特性——恒速。

根據牛頓萬有引力定律,引力對質量為零的粒子沒有影響,因此引力不會影響光。事實上,根據牛頓的萬有引力定律,黑洞不應該存在。不管引力有多強,光總能逃脫。然而,牛頓萬有引力定律只在某些情況下成立,當粒子的速度比光速慢得多且引力較弱時。在研究黑洞的工作原理時,我們需要考慮更普遍的引力定律,這就是愛因斯坦的廣義相對論。

根據廣義相對論,引力不是壹種力!這是時空的扭曲。任何大質量物體都會扭曲其周圍的時空。質量越大,時空扭曲越嚴重(上圖)。重力影響任何有能量的東西。廣義相對論中引力的來源被稱為應力-能量張量,它包括能量密度、動量密度、能量通量、動量通量(包括切應力和壓力)等。雖然光沒有靜止質量,但它仍然具有能量,因此在廣義相對論中它會受到引力的影響。因為E=mc2,質量貢獻了大量的能量-因此,有質量的物體具有強大的引力場,其他項可以忽略不計,這就是牛頓引力定律如此有效的原因。

因此,當光穿過大質量物體周圍的扭曲時空時,它看起來是彎曲的,但實際上,只有大質量物體周圍的時空被扭曲了,光仍然在這個彎曲的時空裏沿著直線傳播。光仍然走最短的路徑,盡管它看起來有點彎曲,這似乎影響了光的運動。黑洞將空間彎曲成壹個點,因此光實際上是沿著“直線”進入黑洞的。

上圖中引力透鏡效應的觀測驗證了愛因斯坦廣義相對論的正確性。

綜上所述,牛頓認為物體在沒有其他力的作用下會沿直線運動;愛因斯坦補充說,是的,但在彎曲的空間中,直線不是直線。

這個問題不能僅靠牛頓的萬有引力來解釋,只有愛因斯坦的相對論才能完美解釋。

方法1:雖然光子沒有靜止質量,但它們有動態質量。根據著名的愛因斯坦質能方程:E=MC?因為光子具有能量,所以它應該具有質量,而這種質量稱為動態質量。

既然光有質量,它當然可以被黑洞吸引,但這個解釋實際上並不完美,因為嚴格來說,這個所謂的移動質量只是壹個與質量等價的概念,可以說只是壹個假想的質量。

因為光速必須保持不變,光子必須沒有質量。為了解決這個問題,愛因斯坦提出了移動質量的概念,它具有與靜止質量相同的物理值。

等價但終究不是,這樣的解釋難免給人壹種混淆的概念,有機會主義的嫌疑。

方法二:廣義相對論的時空觀沒有引力,只有扭曲的時空。廣義相對論用更直觀的空間幾何變化來表達引力。在愛因斯坦看來,根本沒有重力。所謂引力,其實是大質量天體對時空的扭曲。

天體和光都在時空中運動。當時空被扭曲時,它們的軌跡自然會發生變化。事實上,它們都在沿著壹條“均勻的直線”運動,或者準確地說是按照空間的測地線(也叫大地線)運動。

地球圍繞太陽旋轉是因為太陽的質量扭曲了它周圍的空間,地球運行的測地線剛好扭曲成壹個圓,這就是地球的軌道。

黑洞的巨大質量更嚴重地扭曲了時空。在它的史瓦西半徑中,也就是在事件視界中,所有測地線都扭曲到中心奇點並無限延伸,因此光無限“向下”(這裏的“向下”是指垂直於三維的第四維空間),這看起來像是光被黑洞吸收了。

事實上,光是自己進入的,就像地球自己繞著太陽轉壹樣。

這完美地解釋了為什麽沒有質量的光會被黑洞吸收。

綜上所述,物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動,而黑洞代表時空彎曲的極限,光代表物質運動的極限。

物質終究逃不開時空的束縛。

討論黑洞,最嚴謹的語言是“空間”。用“引力”來討論黑洞非常方便和直觀,但很容易陷入與這個問題相同的邏輯。

用空間的語言來看黑洞,光不會被黑洞吸收,但光本身不會向外移動。

光線將沿著測地線長度的極值移動。所謂測地線是對“直線”的概括。在平面空間中,例如平面桌面,兩點之間的最短距離是直線。因此,在平坦空間中,光在均勻介質中沿直線傳播。

但是在扭曲的空間裏就不壹樣了。舉壹個常見的例子,如果妳觀察北半球的飛機航線,從中國飛往美國,它總是先向北再向南。很多人不明白為什麽。

其實這個時候走這條路線是最省時間的。

地圖的空間實際上是扭曲的,這條彎曲的路線正是地圖上的測地線。

黑洞也可以扭曲時空,當光線被扭曲時,空氣運動仍將遵循測地線。問題是黑洞視界中的測地線與外部不相交,因此光無法從黑洞中逃逸。

這個問題可以分成兩部分來討論。首先,它是關於黑洞的起源。黑洞是由英國地理學家約翰·米歇爾於1783年首次提出的。當時,他提出了壹個觀點:如果壹顆行星的質量與太陽相同,直徑只有3千公裏,那麽在這顆行星的特定範圍內就會產生巨大的引力,甚至光也幾乎無法逃脫。

到了20世紀初,愛因斯坦的廣義相對論認為引力的本質是超大質量恒星導致其周圍的時空彎曲,質量越大曲率越大。相對論證明了黑洞的存在。

英國物理學家愛丁頓是愛因斯坦的忠實粉絲。在日全食期間,他發現巨大的恒星會導致光線偏轉,黑洞也是如此。在恒星中,由於太陽的質量不是很大,時空變形也很輕微,只有在離太陽很近的時候才能觀察到。與陽光相比,遙遠恒星的光線非常微弱,只有在日全食發生且太陽光線被完全遮擋時,才能觀察到附近恒星光線的偏轉。

上述理論和實驗證明黑洞確實可以吸收光,而且它們也無法逃脫。

其次,許多人非常了解物理。他們認為,既然光沒有靜態質量,它怎麽會被黑洞吸收呢?妳不是只吸收有質量的物質嗎?

那我們就要從光的本質說起,歷史上光的成分是什麽,從牛頓時代的波動理論到後來的粒子理論,再到目前公認的波粒二象性。都說明光不是那麽簡單的。

此外,還有對什麽是靜止質量和運動質量的理解,或者愛因斯坦的相對論。這裏真的無處可藏!物質靜止時的質量是靜止質量,運動時的質量是運動質量。然而,在低速的宏觀條件下,靜止質量和運動質量之間的差異很小,可以忽略不計。但以高速為例,越接近光速,質量就會變得很大。此時,運動質量將遠大於靜止質量。

光是電磁波,也是由光子組成的,每個光子都有能量。根據丘比特的質能方程,可以得到每個光子的質量。雖然這個質量極小,但它也適用於愛因斯坦的廣義相對論。當黑洞吞噬光線時,相當於消耗了能量,黑洞的質量也會變大。

也就是說,光子可以在黑洞視界內被黑洞快速捕獲。

通過以上兩點,我們完全可以理解為什麽沒有靜態質量的光子會被黑洞吸收。