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光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?

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online_member 發表于 昨天 21:01 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
光不是沒質量的嗎?黑洞憑什么吸住光? 看了某些人的回答,光應該不會被吸到奇點這個點去,因為在這個點,光就不會動了,就又沒有質量又可以動了。光應該是在視界內,奇點外,繞著奇點不停旋轉才對
作者:一點資訊
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online_member 發表于 昨天 21:01 | 只看該作者
光其實有質量
首先,光沒有質量的說法并不準確,實際上應該說光沒有靜止質量。根據愛因斯坦的質能方程E=mc^2,實際上也叫做質能等價,光雖然沒有靜止質量,但是它還具有動質量,它的質量可以表述成m=E/c^2,這樣的做法其實不僅僅是對光可以,在研究微觀粒子時,尤其是做粒子對撞實驗過程中,
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?24 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 科學家就進行了這樣的統一,比如說:六種夸克。可以看下圖的每鐘夸克的左上角,xxxMeV/c^2,xxxGeV/c^2指的就是夸克的質量。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?57 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 之所以可以這樣,是因為質能等價告訴我們,質量和能量是一回事,是一體兩面的。多少質量就會對應多少能量,多少能量就會對應多少質量。這可以通過愛因斯坦的質能方程進行換算。因此,光其實是有質量的。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?26 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 牛頓力學
既然光是有質量的,那么我們就可以用牛頓力學來進行求解。牛頓曾經提出過萬有引力定律,說的就是物體之間都存在引力。這種引力會讓兩個靜止的物體相互靠近。蘋果往下掉就是這個原理
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?71 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 而牛頓還給出了萬有引力公式,這個公式告訴我們萬有引力和兩個物體之間的距離的平方成反比,和物體的質量成正比。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?58 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 而黑洞是質量巨大的天體,它可以把讓光都跑不出來。那這又是啥原理呢?
關于這個問題,我們可以從牛頓思考萬有引力的角度入手,這也叫做牛頓大炮。其實這個思想實驗就是牛頓自己寫在了自己的著作《自然哲學的數學原理》中的。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?16 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 他曾經這樣去思考萬有引力,如果有個炮彈,沒有任何初速度,就會落到原地。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?90 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 這時候,如果用大炮打出去,一般來說就會是個拋物線,然后落到地面。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?78 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 這時候,牛頓就在想,隨便打出一個炮彈,炮彈都會做平拋運動,都有向下掉的趨勢,這是引力導致的,但地球其實也是曲的,也有向下的趨勢,如果打出的炮彈足夠快,使得炮彈向下的量正好等于地球表面向下彎曲的量,那炮彈不就一直沿著表面做繞圈了么?
后來,我們也知道,這個叫做宇宙第一速度,是7.9km/s。當然如果比這個速度還要再快一點,那炮彈就會發生變軌。繞出一個更大的橢圓軌道。
如果速度再快一點,超過一定的限度,那很有可能炮彈就擺脫地球的引力。這個限度其實就是第二宇宙速度,11.2km/s,這也被稱為逃逸速度。
實際上,對于任何天體來說,宇宙速度是不同的,剛才說到的兩個速度都是在地球上的情況。如果在黑洞上呢?黑洞的第二宇宙速度其實就是大于光速的。也就是說,即使達到了光速也沒辦法擺脫黑洞的引力。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?82 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 這其實就是從牛頓的萬有引力的角度去思考黑洞到底是一種什么樣的天體,如果要簡單概括一下就是,光是有質量的,所以會受到萬有引力。而黑洞的逃逸速度超過了光速,因此光無法擺脫黑洞的引力。
廣義相對論
當然,目前來說,關于引力的本質的詮釋,更主流的觀點是愛因斯坦的廣義相對論
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?34 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 他認為引力的本質是時空的彎曲。所謂時空指的就是三維空間和時間的統稱,三維空間和時間并不能獨立來看,光速則是三維時空的特殊屬性。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?20 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 地球繞著太陽轉,就是因為太陽彎曲了周圍的時空,而地球只是沿著測地線在運動。(補充下,測地線實際上就是時空中的“直線”,兩點之間的最短距離。),如果我們從二維的角度來看,就是下面這樣。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?15 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 而太陽說實在的還算是引力比較小的,所以對于時空的扭曲并不嚴重。而黑洞就不同的了,由于自身質量巨大,導致時空的曲率極度彎曲。而這個扭曲的程度,使得光即使沿著黑洞周圍的測地線走,也只能掉落到黑洞里。所以,從視覺上看,就是光被黑洞吸走了。而在廣義相對論中,光落入黑洞并不和光自身的質量有關,只和黑洞對于時空的彎曲程度有關。
光不是沒質量的嗎,黑洞憑什么吸住光?84 / 作者:我放心你帶套猛 / 帖子ID:54314,213611 因此,無論從牛頓的萬有引力理論的角度來看,還是從愛因斯坦的廣義相對論的角度來看,光都不可能逃脫被黑洞吸入的命運。
板凳
online_member 發表于 昨天 21:01 | 只看該作者
其實前面已經有正確答案了,即引力不是將光線“牢牢”的吸在地上,而是因為引力導致了空間的扭曲。
稍微詳細的說一點。由于量子力學的波粒二象性,既可以認為光是波也可以認為是粒子。光的波動說中并不清楚引力起了什么樣的影響,但若光是由粒子組成的,那可認為光一樣會同那些肉眼可以見的物體如飛機、行星等受到引力的影響。早期人們認為光粒子是可以無限快的運動,直到丹麥科學家羅曼發現光速其實是有限的,才開始認為引力對光速有影響。1783年英國劍橋的約翰米歇爾在發表于倫敦皇家學會哲學學報的文章中指出“一個質量足夠大并足夠緊致的恒星會有如此強大的引力場,以至于光線都不能夠逃逸。任何從恒星表面發出的光還沒到達遠處即被恒星的引力吸引回來。”這個可以理解為向上拋一顆石頭,而地球的引力終將會使石頭回到地表。但事實上,根據相對論的理論光速是固定的,所以之前在牛頓引力理論中將光類似扔上天的石頭那樣處理并不合適,光子必須以不變的速度繼續向上。20世紀60年代,從奧本海默(就是跟原子彈有關的那個人)的研究中得出一些結論,即恒星的引力場改變了光線在時空中的路徑,使之和原先沒有恒星情況下的路徑不同。當該恒星收縮到某一臨界半徑,由于表面的引力場變得更強,使得光線向內偏移的更多,從而阻止了光線從恒星表面的逃逸。也就是說存在這么一個時空區域,任何東西甚至光都不可能從該區域逃逸并達到遠處的觀察者的視線中,這個區域就叫做黑洞,其邊界稱作事件視界,也是剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡。
地板
online_member 發表于 昨天 21:02 | 只看該作者
1,光子運動時是有質量的,靜止光子的質量為0

2,黑洞的強大引力,在史瓦西半徑的范圍內,會造成空間極度彎曲,變成一個封閉區域,光雖然以光速直線運動(對光子本身而言),實際上在史瓦西半徑內光走的是曲線(在外界觀查),并且這條曲線最終是彎向黑洞內部的,所以光無法逃逸出來。

舉個1維的例子: 假設一根鋼絲長L,一頭是黑洞內部,一頭是黑洞外部,一個蟲子延鋼絲,可以從一頭直線爬到另一頭,位移L;但是,如果把這根鋼絲彎曲,蟲子依然可以爬到另一頭,只是位移將<L,再彎曲,直到鋼絲2頭相碰,這個時候就是封閉區域了,無論蟲子怎樣爬,都出不去。黑洞中的光線遇到的問題和這個倒霉的一直轉圈的蟲子類似。

3,相對論指出,要加速一個靜止質量不為0的物體到光速,需要無窮大的能量,把整個宇宙的能量加起來,也是有限度,顯然這個是做不到的。所以有靜止質量的物體,不管怎么加速,都只能接近光速而達不到光速,只有光子、中微子這些靜止質量0的粒子才能以光速運動。

4.光不能從黑洞逃出,是因為黑洞奇點強大的引力場的作用.可以用牛頓力學近似地認識這個問題(精確認識要靠廣義相對論).由 M1*V*V/R=G*M1*M2/R*R,把V用光速C表示,在形成黑洞的形體質量M2已知時,可算出黑洞的史瓦西半徑R.科學家就是依次預言黑洞的存在。

5.光光不能從黑洞逃出,并不說明其一定有質量.根據相對論,引力是時間和空間的彎曲,光受引力作用,是因為它它在彎曲的空間中沿平直的四維時空做勻速直線運動。

6.有質量的物體加速到光速,是需要無窮大的能量。因而其速度極限為光速。

7..因為其靜質量為0,速度可達光速.光子的速度不是加速的來的.質速方程只適用于有靜質量物體的加速過程.至于光子的動質量則有質能方程得出.
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online_member 發表于 昨天 21:02 | 只看該作者
引力是空間的扭曲,而不是你概念中的吸住。
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