光没有质量,黑洞为什么可以吸住光?
光的确没有静质量,也不会受到引力作用。不过光不受引力作用并不是因为光没有质量,而是压根没有什么引力。 爱因斯坦的广义相对论认为引力只不过是时空弯曲的几何效应,大质量物体使周围时空弯曲,小质量物体在弯曲的时空沿着“测地线”运动。
就象地球绕着太阳转,好象是受到太阳的引力,实际上是太阳使周围空间弯曲,地球只不过沿着弯曲的空间尽量做最短行程的运动。真所谓“物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动”。
同样黑洞也并没有吸住光,是黑洞的巨大质量造成周围时空极度弯曲收缩。
任何物体只要进入黑洞区域,所走的路程也是沿着这个极度弯曲的时空做“测地线”运动最终进入黑洞深处,光也不例外,在黑洞“视界”以里,光也会沿着通道进入黑洞深处,在“视界”位置上的时空弯曲程度变轻,这个位置的弯曲轨道开始向外开放,因此有的光线沿着开放的轨道运动向周围散射开来,这样我们就能观察到了。
光自始至终从来没有被黑洞吸过,它只不过是一直沿着弯曲的时空做“测地线”运动,只不过在黑洞的不同区域运动的“轨道”不同而已。
要想理解光子是否会受到黑洞的吸引,需要解决两个问题,其一是引力的物理机制,其二是光子的本质。
自上个世纪以来,人类的认识超出了宏观的范围,使作为物理背景的空间效应逐渐地显现了出来,比如任何物体都具有波动性。
此外,普朗克常数h的被发现,说明我们的宇宙是量子化的。还有一个发现也是意义非凡的,卢瑟福用电子轰击原子,意外地发现,只有极少量的电子被反射回来。这说明原子的质量集中于很小的区域,原子的体积是由电子高速运动所形成的。
综上所述,宇宙是由量子构成的,而且空间不空和物质不实。由此,我们获得了一个有机的量子景观:
离散的基态量子构成空间,受到激发的量子成为光子属于能量的范畴,由高能量子组成的封闭体系就是物质。
于是,宇宙中的一切物理现象,都可以归结为空间量子的不对称碰撞 。比如,高速运动和加速运动以及微观粒子的存在,都会引起空间量子的不对称碰撞,从而使物体的速度受到空间的限制,使物体具有惯性,使微观粒子具有显著的波动性。
万有引力也不例外,同样是由量子的不对称碰撞所引起的。作为封闭体系的物质,其封闭性小于1,会对外辐射热能使空间量子获得能量。由于能量高的量子会降低物质的封闭性,所以两物体内外侧的量子碰撞是不对称的,由此形成的空间压力差就是万有引力。
上述引力机制,要求受力物体具森衫亮有两个特性,其一是拥有体积,其二是辐射热量。对于封闭体系的物质,显然是满足这两个条件的。所以,任何物质都会彼此吸引,并由此称之为万有引力。
光子的情况比较特殊,本质上其仅只是离散的量子。虽然,量子的角动量是普朗克常数h且大于零,说明量子具有质量和体积。但是,量子的质量非常小,其对外辐射的热能远远小于作为封闭体系的物质辐射的能量,两者属于不同的层次。所以,就万有引力而言,量子的辐射是可以忽略不计的。
于是,作为激发量子的光子,只能借助其体积感受空间量子的不对称碰撞。也就是说,光子对光子或对物质都不具有吸引力,然而物质却能够对光子产生吸引力。如果光子的能量增大,光子的等效体积就会变大,对此可以用光子的动质量来表示。
至于黑洞的情况,由于其密度及其巨大,使物质的运动和斥力都远远无法抗拒引力的吸引,会无限地聚集在一起,相互挤压,使封闭体系解体,还原为离散的量子。所以,黑洞是一个由高能量子组成的巨大的封闭体系,与电子和质子属于同一层次的物质。
综上所述,光子会受到黑洞的吸引落入其中。然而,一旦处于黑洞之中,光子之间就不再有引力了,只存在着相互之间的弹性碰撞,由引力转变为斥力。这也是为什么,黑洞最终会在巨大的爆发中,结束其诡异的一生。
首先我们先探讨一下:光到底有没有质量?
爱因斯坦质能方程E=mc²,告诉我们: 质量里其实还有能塌缺量,能量里其实还有质量,它们是一个东西的两个面。
光的本质应该认为是“光子”,它具有波粒二相性。光具有能量,因此它也具有质量,只不过它的质量应该是它的能量除以光速的平方,也就是:m=E/c^2,而我们把这个“质量”也叫做动质量。
因此,光并不是没有质量,它有动质量,但是静止质量为0。
那么,黑洞为什么可以吸引光?这就得从黑洞的演化过程此宽说起: 当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料,由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径),质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。
黑洞的体积接近无限小、密度几乎无限大,使得黑洞具有巨大的质量,因此引力极其强大,使得视界内的逃逸速度大于光速。所以它扭曲了一定范围的宇宙空间,当空间被弯曲之后,光只能沿着弯曲的空间前进。这就好像你面前有一条路,如果这条路突然拐了个弯,你也只能顺着拐弯的路前进,而光也是一样的,当前进的路被弯曲之后,它也就弯曲了。
所以简单的说:不是黑洞吸引了光,而是光顺着黑洞扭曲的空间,走进了黑洞里面。黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体。
结语:北京时间2019年4月10日21时,人类首张黑洞照片面世。
该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。