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作为能量的光可以被黑洞的引力吸引,那么光是有质量的吗?为什么?

时间:2022-06-04 04:57:28 浏览: 269 作者:笔墨纸砚网

吸引是相互的,就是说,黑洞对光吸引,同时光也吸引黑洞。光能吸引黑洞,说明光也是物质体,而不是纯能量。是物质,就有质量。

光其实是具有能量的很多人通常会把能量和质量区分开,能量是能量,质量是质量。实际上,这个观念不太符合如今的主流科学理论。根据爱因斯坦的狭义相对论:

质量里还有能量,能量里还有质量,它们其实是一回事,是一个东西的两面,就看你如何测量。所以,质能是等价的,具体的等价公式就是质能方程E=mc^2。

我们可以举个例子来帮助你理解,我们可以把一个东西看成是你的财富,也就是总资产。但同样是总资产,你的总资产可以是美元形式来体现,也可以是人民币的形式来体现,这当中,你的总资产是不变的,变得是到底是什么形式来体现。这里的美元我们就可以看成是质量,人民币就可以看成是能量,而c^2就是汇率。

所以,光具有能量,实际上就会具有质量。你可能会纳闷了,光就是“纯能量”,咋会有质量?我们常说的质量其实是指“静止质量”,而光其实具有动质量。

牛顿知道了这些,我们再来看看“光为什么可以被黑洞的引力吸引?”

如果光具有质量,那它就可以用牛顿的万有引力定律来描述。

不过,这里我们可以用牛顿思考万有引力的方式来思考黑洞为什么会把光吸引进去。

首先,如果你有个理想的大炮,这时候,你在地球表面上向外打出一颗炮弹。

它会呈现抛物线的形式,如果你把炮弹打到一定的速度,就可能是下面这样,开始绕着地球转。

如果你再让大炮打出去的炮弹速度再快一点,这时候,炮弹可能就会脱离地球的引力束缚飞出去。

我们把物体恰好脱离地球束缚的速度叫做第二宇宙速度。

其实不光地球有第二宇宙速度,任何一个天体都有。而黑洞就是一个极其特殊的存在,这是因为它的第二宇宙速度要远远大于光速,于是,光就没有办法摆脱黑洞的引力,只能被吸进去。以上就是从牛顿万有引力的角度来诠释光跑不出黑洞的原因。

广义相对论当然,你可能要问的是,那引力是什么?

其实引力到底是什么,牛顿并没有讲清楚。他认为是超距作用,说白了就是瞬间传递的一种作用,至于是什么原因,他也说不清楚。

后来,爱因斯坦在把狭义相对论做进一步推广时,得到了意外的结果。原本狭义相对论研究的是物体在平直时空中的运动情况。

而广义相对论则是研究物体在弯曲时空中的运动情况。

而爱因斯坦发现物体的质量会使得时空弯曲,周围物体的运动就会沿着时空的“直线”(专业的叫法就是测定线)在运动。也就是说,地球之所以会绕着太阳转,是因为太阳压弯了周围的时空造成的。

因此,爱因斯坦在广义相对论中提出,引力的本质是时空的弯曲。那具体对不对呢?

牛顿的万有引力一直解决不了水星的近日点进动问题,具体啥意思呢?

我们可以来看看下图,天体的运动轨道并不是一直不变,而是有变化的,也就是轨道自身也在动。之所以叫做水星近日点进动,是因为在太阳附近引力比较明显,这种效应明显,实际上地球的轨道也会发生变化。

牛顿万有引力对此就束手无策,而爱因斯坦广义相对论就可以很好的解释这个问题。除了进动问题,广义相对论对于光线偏折,引力透镜等的解释误差远小于牛顿理论。并且,爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞和引力波的存在。这些充足的证据,最终使得广义相对论成为解释引力的主流理论。

那黑洞能吸引光,在广义相对论当中应该如何解释呢?

实际上,我们上文也提到,光是沿着时空的测地线在运动,当传播到时空扭曲程度很大的地方就会弯曲,这个现象在太阳附近就经常出现,天文学家爱丁顿也曾经测量过。

但不同质量的天体对于时空的弯曲程度是不同的,中子星就要远比太阳对于时空的弯曲严重得多,黑洞要比中子星更狠。它的这种弯曲,可以使得光沿着测地线运动时,直接就掉入到黑洞当中,这就好像光被黑洞吸进去了一样。

这也就是爱因斯坦的广义相对论对于光被黑洞吸引的相关解释。

最后,我们来总结一下,光并不是没有质量,它只是没有静止质量,但是它有动质量。从牛顿的万有引力的角度来看,黑洞其实一个第二宇宙速度远大于光速的物体,所以光会被吸引进去。而从广义相对论来看,引力的本质是时空的弯曲,而黑洞严重扭曲了时空,使得光在经过黑洞附近时,沿着测地线运动就会掉落到黑洞中。

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