光没有质量,黑洞为什么可以吸住光?

2025-03-15 13:42:38
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回答1:

黑洞会使周围的时空无限扭曲。在事件视界内,测地线全部会汇集于黑洞的奇点,更准确的说,所有的测地线会完全平行黑洞中的世界线,都指向黑洞奇点.光,其实很执着;“世界在变,我永远不变”,永远沿测地线运动。


我们都知道黑洞是广义相对论最重要的推论之一,现在已经被证实真实存在。根据广义相对论分析,有质量的物体都会引起时空的弯曲,这也是广义相对论对引力本质的诠释。


牛顿万有引力的发现,证明有质量的物体之间相互吸引,拿我们的地球为例发射卫星探测器需要达到一个速度,才能摆脱地球的引力作用,这个速度叫做逃逸速度。接下来说我们黑洞,是怎样连光都逃脱不掉的。


相对论质量

我们都知道光没有静止质量,但是在相对论理论前提下,光是有质量的,其大小是由普朗克常数乘上频率就是光子的质量。


那么黑洞也是一个天体,就是比较特殊,其逃逸速度大于光速,也就是说光不可能射出黑洞,只在视界内部“盘旋”。


时空弯曲

从本质上来讲引力,根据广义相对论有质量的物体会使时空发生弯曲,这种弯曲的外在表象呈现出引力这种形式效应。



黑洞产生的时空弯曲特别大,但是这种时空上的弯曲人类很难理解,跟不会被眼睛看出来,但是光有“直线行走”的特性,光在沿着时空直线行走,但是我们看来就是光被偏折。这就跟光是否有质量没关系了,只是路程被弯曲了。

回答2:

茫茫宇宙,最快不过光速,最神秘不过黑洞,在现代物理学中,光速和黑洞一直以来都是热门的话题,黑洞是一个密度可以大到连光都无法逃逸的一种天体,可以吞噬一切物质,而光具有目前真空中传播最快的速度。黑洞可以吞噬一切物质, 那为什么连光都无法逃脱呢?


但有质量才有引力,光没有质量,黑洞为什可以吸住光?

先来认识一下黑洞,其产生过程类似于中子星的产生过程,就是说如果一个恒星在准备灭亡时,核心在自身重力的作用下会迅速地收缩,塌陷,发生强力爆炸,而当核心中所有的物质都变成中子时,收缩过程就会立即停止,被压缩成一个密实的星体,同时也压缩了内部的空间和时间。

但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,连中子间的排斥力也无法阻挡,中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,直到最后形成体积无限小、密度无限大的一种星体。



而正是由于黑洞的体积小密度高,所以它产生的引力场极为强大,以至于任何物质进入到黑洞内,便会被吞噬掉,我们都知道光速可以说是事物的最极限运动速度,达到了3*10^8m/s,但是黑洞的脱离速度竟然超过每秒 30 万公里。

因此,我们可以看出在黑洞面前光速也只能算作“龟速”,众所周知,世界上没有任何东西可以跑得比光还快,但是光都无法离开黑洞的表面,天文学家们也曾断言几乎没有光子能逃脱黑洞的吸引与追捕,任何靠近它的物体都会被吸进去。


并且,我们要知道黑洞的质量是非常大的,没有上限,根据科学家们的探究发现黑洞引力的影响范围的关键在于其黑洞质量的大小,也就是说黑洞的质量越大,其引力的影响范围也就越大,一般来说黑洞的质量都是非常大的,那么引力的影响范围可想而知!


回到问题中,要想搞明白这个问题需要从本质上来理解,首先就是牛顿经典力学的万有引力定律。

万有引力定律是经典力学中的代表,在宏观,低速领域都能完美的解释。

其表达的是:任意两个质点之间都存在相互吸引的力,大小和质量之积成正比,和距离成反比。

按照定义,我们可以得出,引力的作用效果是瞬间产生的,也就是说:引力是超距作用的。

但随着物理学的发展,万有引力定律的弊端也逐渐显现出来,比如万有引力定律无法解释为什么所有的物质引力质量和惯性质量相同等等现象。于是到了1907年,爱因斯坦提出了广义相对论,将牛顿的万有引力定律和狭义相对论进行了推广,从而解决万有引力定律的局限性。


引力的本质

在爱因斯坦的广义相对论中,把引力描述为:引力是质量扭曲时空的几何现象,而且还指出物体会使周围的时空发生弯曲,如果物体质量大,那么造成的时空曲率就越大,反之,物体质量小,所造成的时空曲率就越小,即便是光在经过大质量物体的时候,传播路线也会发生弯曲。

因此,引力的本质就是时空的弯曲。


在物理学中,质量表达的是物体所含物质的多少,其数值并不会因为物体的状态、形状和位置而发生改变,是物体的基本物理属性之一,而光其实是有质量的。

关于光没有质量的这种说法并不准确,实际上应该说光没有静止质量。根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2,光虽然没有静止质量,但它却具有动质量,其质量可以表达为m=E/c^2,在研究微观粒子时(尤其是做粒子对撞实验过程中),就可以这样表述质量的大小。


对于光来说,由光子所组成,而光子从出生时就具有最高的运动速度,并且没有加速过程,这也就是相对论中所说的没有静止质量,但在真空中却有着恒定的运动质量,因此光是有质量的。

黑洞为什么可以吸住光呢?

上面已经说到了光虽然没有静止质量,但它却具有动量。

光是由光子组成,而且其中每个光子都携带着能量,公式为E=hν,当光子以光速运动,就产生了动能,根据质能等价转换E=mc2=hν,我们可以得出单个光子质量是m=hν/c2,也就是说光子也是有“质量”,自然光就会受到万有引力的影响。


我们要知道在物理学中,光总是以直线在时空中前进,但是黑洞作为宇宙内引力最强大的天体,严重弯曲了时空,进而导致每秒30万千米的光在经过黑洞周围时,传播路线也会发生改变,进而被吞噬,严格意义上来说,所谓的黑洞吞噬光,其实就是扭曲。

之前我们已经说了,黑洞是目前我们人类已知的最大引力场,而我们宇宙的本质是几何构造,任何的天体只需要引力达到一定,它就可以对空间进行扭曲,光也会受到万有引力的影响。


这样一来,在空间弯曲后光线也就弯曲了,再加上如果物体的速度达到11.2km/s的第二宇宙速度时候,也可以被称为逃逸速度,那么就能挣脱地球引力的束缚前往太阳系其他天体,但是对于黑洞来说,他的逃逸速度已经超越光速,因此具有动质量的光只能被黑洞吞噬,从而无法逃逸出去。

回答3:

因为黑洞代表着无限膨胀的时空曲率,在扭曲的空间面前,纵然是光子没有质量,一样难逃被吞噬的宿命。我们都知道,黑洞可谓是人类迄今为止,在可观测宇宙中,发现的最恐怖,最让我们闻风丧胆的一种天体。

毕竟,黑洞的威力,几乎无与伦比,没有任何天体能和它抗衡。黑洞庞大的引力,让一切物质,在它的吸积盘面前,都黯然失色;即便是光子,它以宇宙中最快的速度:光速逃逸,一样会被黑洞捕捉。

甚至,黑洞之所以被我们发现,就是因为上世纪著名的物理学家史瓦西,在爱因斯坦的广义相对论中,推导出了“大质量恒星坍缩之后形成的天体,可以捕捉光”。但是,光子明明没有质量;

它怎么可能会被黑洞所吞噬呢?这的确是一个相当有趣的问题。它不光涉及到了黑洞理论,更包含了“引力”,这四大基本力中,最神奇的一种力,本质到底是什么。

先说结论:爱因斯坦最终在广义相对论方程式中,得到了“引力即为空间和时间弯曲”的结果。没错,引力,时间,空间,三者维系了三维宇宙的平稳运转,而引力,能让时空为它的变化而扭曲;因此,爱因斯坦才预言了引力波。

黑洞又是什么呢?史瓦西奇点形成的天体,引力无限膨胀,也就是“时空曲率”无限大。在黑洞的吸积盘附近,一切时间,空间都膨胀的近乎停滞了;因此,光子在经过黑洞的时候,一样会被它的时空旋涡所截获;

但是,这是相对于外部观察者而言的。我们并不能直观的看到空间变化,因此,光子在我们的肉眼看来,就是被黑洞吸走了;假如我们在黑洞的中心进行观测的话,那么,光子其实反而被黑洞弹出去了。

回答4:

光是我们常见的一种物质,比如常见的太阳光。光也是我们这个世界必不可少的东西,因为人们都向往光的生活。光子没有静质量,但是有动质量,也就是能量除以光速的平方。所以光也会受到引力作用,即黑洞能使光路弯曲。那么黑洞为什么能吸住光呢?我认为是黑洞的强大引力会扭曲空间,使空间不是平直的结构,那样的话光的传播路线看起来也就弯曲了,而在黑洞引力范围之外的天体发出的光就会绕过黑洞,被我们看见。

黑洞可以吸住一切物质,当然,上面所说光也是一种物质,所以黑洞也能吸住光。但是光没有被吸收,只是被改变了传播方向,因为根据理论物理学所言,奇点趋于无限小的环境时空是扭曲的,光是沿着直线进行传播,但是从三方角度他又没有沿着直线走,因为那部分的时空曲度有变。要理解黑洞的吸光问题,本质上是引力的问题,我们可以先从爱因斯坦的广义相对论入手。

其实一直以来对于“引力的本质”经历了科学家们激烈地争辩,也都没有得到什么实质的进展。牛顿认为引力是一种超距作用,意思就是说,如果太阳突然消失了,那么太阳系中绕着太阳转的天体都会立马沿着切轨道的切线方向径直飞出去。黑洞属于超大质量的天体,10倍太阳质量以上的恒星在演化的末期有可能就会形成黑洞。

黑洞基本上算是宇宙中最恐怖的天体了,逮到什么就会吃什么。而它之所以可以这么猖狂的本质原因就在于它能够把对于时空的弯曲程度是巨大。光和黑洞都是一样的,有一定的质量,只是黑洞的质量巨大,所以光也摆脱不了强大的吸引力。

回答5:

因为黑洞可以吸收这个宇宙间所有有形的无形的物质

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