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光没有质量,为什么黑洞可以吸进去?

2019-09-22 19:58:50 暂无 阅读:921 评论:0

从牛顿的万有引力定律剖析来看,黑洞能吸引住光线的理论就是鬼扯,但在1919年英国天文学家爱丁顿爵士却带队验证了太阳的引力弯曲了光线这一重大的相对论预言,相信人人都知道这个两个有名的科学小故事,但仍然对引力能吸引光这个理论云里雾里,因为广义相对论和牛顿万有引力定律打斗了嘛。

光没有质量,为什么黑洞可以吸进去?

牛顿万有引力定律准确吗?

万有引力定律人人都知道,天体之间的引力与它们的质量积成正比,和它们之间距离的平方成反比,好多同伙随口就能背出来,在这个描述中有一个非常要害的参数就是两个天体之间的质量。

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万有引力定律毫无疑问并没有什么问题,因为经由引力以及辅助较量出来的轨道甚至指导了海王星的发现,因为天王星被发现后,天文学家发现天王星的轨道老是和较量的纷歧致,那么是较量错了吗?无比准确,因为不止一位天文学家发现如许的情形,是以猜测或者在天王星轨道外还有一颗行星的引力影响了天王星的轨道,法国天文学教师勒维耶凭据这个摄动较量出了海王星的位置,而且说服柏林天文台的约翰·格弗里恩·伽勒搜寻行星,终于天王星于1846年9月23日被发现,与勒维耶的较量位置仅仅相差1°

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勒维耶凭一己之力,凭据天文星轨道摄动正确较量出海王星的位置,这是勒维耶的胜利,当然也是万有引力以及开普勒行星活动定律的胜利。既然万有引力定律正确无误,为什么爱丁顿照样观测到光线弯了呢?

这一定是哪里出了问题,没错,这个雷就牛顿在200年前就埋下了,没引爆只是人人还没有踩到它,这就是物理学史上有名的乌云之一:以太

牛顿在1687年揭橥的论文《天然哲学的数学道理》中对万有引力和三大活动定律进行了描述,但一向有一个问题,究竟是什么传递了引力?对此牛顿也进行了思索,他认为是无处不在以太传递了万有引力,这个最早源自亚里士多德的以太说被牛顿借用,也是出于无奈,究竟其时也无法验证。用以太来解决了引力的传递问题,但却埋下了一个超等地雷。

1859年这个地雷起头被法国天文学家勒维耶踩到了(裹挟着海王星发现的余威,勒维耶已经晋级为天文学家),勒维耶发现水星近日点进动的观测值老是比较量值快38"/世纪。猜测八门五花,好比水星轨道内还有一颗行星,不外最终也被证实化为乌有。

1887年,迈克尔逊和莫雷则直接踩在了地雷上方,他们在实验中观测到本应在以太中速度存在差别的光速误差在预期外,并且差距不小,频频实验只是将误差缩小,但距离预期相差甚大,最终得出结论,不存在以太!广义相对论对于引力的描述

爱因斯坦是在1916年正式揭橥的广义相对论,将已经成为超距感化的万有引力从坑底捞了出来,广义相对论认为引力只是质量对于时空扭曲的究竟,这个外在示意就是所谓的引力,是以用广相来较量水星近日点进动问题则水到渠成。而爱丁顿则在1919年广义相对论预言的光线弯曲的日食观考试证中成功证实了这一理论。

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每一个天体都在太阳质量感化的时空陷阱中运行,理论上来看每一颗行星都存在进动差别,只不外另外距离对照远并且轨道对照圆的行星这个较量误差值极小,一样都被认为是观测与较量误差所致,但水星的近日点与远日点轨道距离相差太大,这个差别弗成小觑,是以没有考虑时空弯曲的万有引力在此时问题就爆发了。

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进动并不是水星的近日点才会有,它的成因除了时空陷阱之外还有其他行星引力影响,只是水星的差别太大,集中爆发了罢了。万有引力定律真的彻底错了吗?

其实并不是如许,在大部门时候万有引力定律可简化较量过程,而误差也不会太大,甚至在小数点数十位之后,是以大部门时候都能够用万有引力定律,但在光子的案例中倒是一个特别的案例,光子静止质量为零,那么万有引力就位0,这可是个头大的问题,其他都能够用误差来注释,但这0却不成!

光子有质量吗?

很显着这个问题酿成了光子是否有质量的问题,事实上这个狭义相对论显现之前的确欠好注释,不外光粒子说的光电效应也是爱因斯坦今后才搞领略,所以牛顿经典力学时代并不会碰着这个问题,这个事情照样得由爱因斯坦狭义相对论中的质能等价方程来注释。

E=MC^2的正确懂得并不是质能转换公式,而是质能等价,简洁的说能量就代表着质量,而质量同样也能够用能量来透露,稀奇是在尺度模型中,你会发现那些粒子基本就没有质量。

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每一个根基粒子都是MeV的能量标注体式,光子照样0,不是吗?没错,因为它具有动质量,它的质量为:E=hv

h为普朗克常数,v则为光子的频率,越是高频的光子能量越大,它的动质量也就越大,若是列位真的要转换质量的话不妨找个E/C^2,估量算出来实在是太小了。

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从较量来看,越是高频率的光线所受到的引力场影响会更大一些,因为它的动质量也更大,这似乎能够注释引力红移的现象,因为高频的光谱受影响更大。黑洞的引力壮大到光也无法逃逸吗?

既然光具有质量,那么其在天体四周的运行也遵守逃逸速度的纪律,简洁的说逃逸速度就是物体活动的速度发生“离心力”远超引力时发生的,就像火箭发射火星探测器时必需具有的速度,那么这个速度怎么较量呢?

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这个公式中,最要害的并不是M,而是R,即天体的半径r,当r大于天体的史瓦希半径时,无论怎么较量,v的速度老是小于光速,是以光是能够逃逸的,但当r起头小于史瓦希半径时,你会发现v起头大于光速,此时光将无法逃逸。

史瓦希半径:一个天体将坍缩为黑洞的半径,质量必然的情形下,当天体半径小于这个尺寸,那么这个天体将成为黑洞。

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当然这是从引力与逃逸速度方面来注释,也能够时空弯曲的角度来懂得,当天体半径起头小于史瓦希半径时候,它的引力陷阱在时空中将会关闭,也就是说光子一旦进入这个区域,它将找不到出路。

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