黑洞吞噬一切,但光沒有質量,為什麼也會被黑洞吸引?

2020-09-19 科學信仰


黑洞作為宇宙間一種質量和密度都極高的天體,它能夠吸引併吞噬周圍一切的物質,且能夠將這些物質牢牢束縛在自己的史瓦西半徑之內。

沒有任何物質可以從黑洞之中逃逸而出,其中也包括宇宙中運動速度最快的光,而這也是黑洞名字的由來,既然進入黑洞的光無法再次出來,所以黑洞的視界內部便成為了一片永遠不可見的區域,對這片區域用「黑」來形容再恰當不過了。然而,這裡有一個令人不解的問題,那就是為什麼光無法從黑洞之內逃逸而出?極高的質量和密度賦予了黑洞極為強大的引力,但光並不同於其它的物質,它沒有質量。我們知道,任何具有質量的物體之間都具有相互的引力作用,然而光沒有質量,為什麼也會被黑洞的引力所吸引呢?要解答這個問題,我們首先必須要從光的質量說起。


說光沒有質量是不夠準確的,光並不是沒有質量,它只是沒有靜止質量而已。

任何具有靜止質量的物體,在運動的過程中會產生慣性質量,而慣性質量等效於引力質量。隨著運動速度的提高,物體的慣性質量會大幅增加,根據質能方程可知,當運動速度接近於光速時,慣性質量也趨近於無窮大,而繼續加速也就需要無窮大的能量,而宇宙中不存在無窮大的能量,所以也就不可能將一個具有靜止質量的物體加速到光速,因此光這種沒有靜止質量的物質就代表了宇宙間最快的運動速度。

光子沒有靜止質量,但同時光子也並不會靜止,光子從誕生就處於運動之中,並始終以光速進行運動。光子既然是運動的,那麼就必然具有運動質量,而要計算出光子的運動質量也並不是一件困難的事情。


因為光速為每秒299792458米恆定不變,而光速就等于波長乘以頻率,所以不同的光也就具有了不同的運動質量,因為波長的不同會導致頻率的不同,計算得出的運動質量也就不同,但有一點是相同的,就是它們的運動質量都非常微小。

既然光始終處於運動之中,也就始終具有運動質量,而有質量就有引力,所以自然就會和其它物體產生相互的引力作用,所以光被黑洞吸引也就沒有什麼稀奇的了。說到底,光是如何被黑洞所吸引的呢?這我們還是要從引力的本質說起,廣義相對論認為引力的本質就是時空彎曲的幾何效應。有質量的物體會導致時空的彎曲,而質量越大,其周圍時空彎曲的程度就越大,而對於黑洞這種質量極其巨大的天體而言,它周圍的時空已經被極度彎曲了。


為了便於理解引力對於光的吸引,我們可以進行這樣一個思想實驗,首先,讓我們在地上挖出一個坑,在坑中放上一個球,代表一個大質量的天體,而這個坑就代表了大質量天體所引起的周圍時空彎曲。

現在我們再拿一個小球,將它放置在坑的範圍之內,很自然的,它會向坑底的大球滑落,最終和大球貼在一起。這個畫面形象地描繪了大質量天體所引起的時空彎曲對範圍內物體的引力作用。現在,如果我們想要讓小球擺脫這個大球的引力範圍,應該怎麼做呢?我們可以把這個小球向坑上彈,如果這顆小球的速度不足,那麼它會再次滑落回大球的身邊,如果這個小球達到了一定的速度,但是速度還不足以使它滾出坑邊,那麼它會環繞大球運動並滑落回大球的身邊。


請注意,環繞大球運動的小球之所以會再次滑落大球身邊,是因為坑與球之間存在摩擦,減慢了小球的運動速度,但宇宙是一個幾近真空的環境,所以小球的速度不會下降,因此會一直圍繞大球運動,這就是為什麼衛星進入地球軌道之後可以一直圍繞地球運動的原因了。

如果這顆小球的速度更快,能夠一下子衝出坑邊,那麼它就擺脫了大球的引力範圍。物體質量越大,所造成的時空彎曲程度就越大,想要衝出去就需要更高的速度,而黑洞的質量實在是太大的,會導致周圍的時空發生極度的彎曲,所以即使是以光速運動也無法離開黑洞的引力範圍,換言之,黑洞的逃逸速度超過了光速,所以包括光在內的一切物質,只要進入了黑洞的史瓦西半徑,便無法再次離開。

相關焦點

  • 黑洞吞噬一切,但光沒有質量,為什麼也會被黑洞吸引?
    黑洞作為宇宙間一種質量和密度都極高的天體,它能夠吸引併吞噬周圍一切的物質 沒有任何物質可以從黑洞之中逃逸而出,其中也包括宇宙中運動速度最快的光,而這也是黑洞名字的由來,既然進入黑洞的光無法再次出來,所以黑洞的視界內部便成為了一片永遠不可見的區域,對這片區域用「黑」來形容再恰當不過了。然而,這裡有一個令人不解的問題,那就是為什麼光無法從黑洞之內逃逸而出?
  • 為什麼光沒有質量,卻會被黑洞吸引?愛因斯坦:它是自願的
    光並非被信息進去的,而是自己大搖大擺走進去的。物體的被黑洞吸引的理論,來源於蘋果落地的故事,這個理論在1900年以前的確可以很好的解釋物體為什麼會落地。牛頓對於這個現象的解釋是力,即F=ma,力的大小與物體的質量和加速度有關,因此大家認為如果光子的質量為0,引力mg=0,光子壓根不受力,那麼為什麼會被黑洞「吸走」?
  • 光沒有質量,為何會被黑洞吸引?
    學過物理的可能知道,光子沒有靜止質量,按照牛頓的萬有引力定律,光是不可能被黑洞吸引的。那為什麼黑洞可以吸引附近的光呢?●先來認識光光是我們認識世界的信使。●光有沒有質量?經嚴格的科學實驗證實,光是沒有質量的,嚴格來說沒有靜止質量。自然界中除了光子,傳遞強力的膠子也是沒有靜止質量的。
  • 黑洞為何會吞噬光?被黑洞吞噬的物質都去哪裡了?
    按照牛頓經典力學的詮釋,有質量的物體才有引力,而光是沒有質量(靜質量)的,所以黑洞應該不會吞噬光。但事實並非如此,黑洞會吞噬一切靠近的物質,哪怕光也不例外。很明顯牛頓經典力學無法解釋這種現象。第一,愛因斯坦質能方程表明,能量和質量其實是等價的,是一種事物的兩面性,質量就是能量,能量就是質量。而光就是能量,所以也可以理解為光就是質量,有質量的物質就會被黑洞吸引。光具有的是動質量,與一般物體的質量是有區別的。第二,用愛因斯坦的廣義相對論更好理解。
  • 光沒有質量,為何還會被黑洞吞噬?相對論給出了答案!
    包括另一位偉大的物理學家霍金,生前他也不曾認為黑洞真的存在於宇宙之中,一直到今年人類歷史上第一張黑洞照片成功發表,人們才真正地意識到愛因斯坦之前在相對論中關於黑洞的一切推測或許都是對的,在相對論中愛因斯坦表示:只要一個物體存在質量,那麼它就非常有可能會引起時空的彎曲。
  • 既然光子沒有質量,為什麼還會被黑洞吸引?
    先說說第一個問題,光子到底有沒有質量,答案是靜止的光子沒有質量,但光子一旦出現,就會一直往前飛,所以靜止的光子是不存在的。那麼當光子運動起來的時候,它就具有能量和動量,所以宇宙中的光子肯定都有質量,有質量就意味著光子會受到引力的作用,所以它被黑洞吸引並不奇怪。
  • 有質量才有引力,光子沒有質量,但黑洞能把光吸住,這不矛盾嗎?
    茫茫宇宙,最快不過光速,最神秘不過黑洞,在現代物理學中,光速和黑洞一直以來都是熱門的話題,黑洞是一個密度可以大到連光都無法逃逸的一種天體,可以吞噬一切物質,而光具有目前真空中傳播最快的速度。黑洞可以吞噬一切物質, 那為什麼連光都無法逃脫呢?
  • 為什麼黑洞的空間是扭曲的,能吞噬一切物質?科學家給出了猜想
    眾所周知,宇宙中存在黑洞,而黑洞能吞噬一切,包括光都不可倖免。根據愛因斯坦廣義相對論,在宇宙中,時間與空間不是孤立存在的,它們是相互依存緊密不可分開的。但是黑洞能改變周圍的時間與空間,黑洞的時間與空間是扭曲的。
  • 光子的靜止質量為零,為什麼還能被黑洞吸引?
    不得不說,光速和黑洞一直以來都是熱門的話題,關於這個問題,想搞明白需要從本質上了解,萬有引力定律,廣義相對論的內容以及光和黑洞等相關知識。接下來本文就為你一個一個講解這些東西。首先是牛頓經典力學中的萬有引力定律學過中學物理的都知道它表達的是:任意兩個質點之間都存在相互吸引的力。
  • 黑洞吞噬光、恆星、中子星,黑洞中心是什麼?
    黑洞是一種特殊的天體,"黑"意味著它不會向外界發射或反射任何光,"洞"意味著它可以吞噬任何物質,包括光,一旦墜落進去,就會成為它的一部分。黑洞吞噬天體,被認為是目前宇宙中最神秘和最令人震驚的場景。最近,科學家第一次觀察到黑洞吞噬中子星的引力波。黑洞還吞下了些什麼?
  • 光沒有質量,為什麼會被黑洞吸進去?或許是自己跑進去的
    光沒有質量,黑洞為什麼可以吸住光?光並不是被黑洞吸進去的,而是自己走進的。關於引力,目前有兩種描述:(1)牛頓經典物理,萬有引力(2)愛因斯坦廣義相對論,時空幾何牛頓萬有引力,被黑洞「吞噬」的光宇宙質量為王,想要成為黑洞需要足夠的大的質量,除此之外還有另外一個關鍵因素:密度。
  • 光沒有質量,為什麼會被黑洞吸進去?或許是自己跑進去的
    光沒有質量,黑洞為什麼可以吸住光?光並不是被黑洞吸進去的,而是自己走進的。「吞噬」的光宇宙質量為王,想要成為黑洞需要足夠的大的質量,除此之外還有另外一個關鍵因素:密度。演變成黑洞的恆星質量比黑洞還大,但它卻無法把光吸進去,因為它體積(半徑)太大,不夠密集,因此單位空間內的質量大小才是決定引力的關鍵因素,光之所以無法逃脫黑洞就是因為黑洞足夠的緻密,例如火箭可以飛出地球,但如果把地球壓縮到玻璃球大小就會成為一個「超小型」黑洞(忽略蒸發),那麼當光進入這個超小黑洞時也無法逃脫。
  • 地球會被黑洞吞噬嗎?最近的黑洞在1000光年外
    ,它們隱藏在黑暗中,不斷吞噬周圍一切物質和能量。黑洞的質量有大有小,即使是最小的黑洞,也有1.7~2.7倍太陽質量,可以輕鬆地吞下太陽這種等級的恆星。如果地球附近真的有顆黑洞,那最終必然無法逃脫被吞噬的命運。科學家很關心,地球附近到底有沒有黑洞呢?想找出一顆黑洞並不容易,放眼整個星空,吸引我們的都是那些閃閃發亮的恆星。其實這些恆星離我們都很遠,其中很多離我們有1000光年以上。
  • 光子沒有質量為什麼會被黑洞吸引?是牛頓錯了嗎?
    銀河系中心就是一個黑洞,2019年4月10日晚公布的是M87(奧特曼故鄉)星系中心也是一個黑洞,兩個黑洞除了距離遠近與大小差異外,本質上並沒有區別,都是吸積了大量的物質後在整個電磁波段散發了大量的輻射!
  • 光子沒有質量為什麼會被黑洞吸引?是愛因斯坦錯了嗎?
    銀河系中心就是一個黑洞,2019年4月10日晚公布的是M87(奧特曼故鄉)星系中心也是一個黑洞,兩個黑洞除了距離遠近與大小差異外,本質上並沒有區別,都是吸積了大量的物質後在整個電磁波段散發了大量的輻射!
  • 黑洞吞噬恆星會發生什麼?
    很多人對宇宙奧秘十分的敬畏,因為宇宙太多的未知了,宇宙在一個偌大的空間存在,沒有邊界,而且在宇宙內有無數的星球和星系,甚至一些可怕的物質、力,我們生命死後會化為塵土,地球上的一切都有屬於它們自己的,那麼宇宙中的星球、星系,甚至一切物質和力量終點會去哪裡呢?
  • 光沒有靜止質量,怎麼被黑洞吸引?它動質量與希格斯玻色子有關嗎
    光子具有能量這大家都知道,光線經過大質量天體附近是會被吸引這大家也知道,但光子的靜止質量為零,那是怎麼受到引力彎曲的?聽說光子又有動質量,那麼它的動質量又是怎麼來的?黑洞為什麼能讓光線走「彎路」?這是一個非常有趣的話題,因為光從來都不走彎路,所以黑洞讓光線走「彎路」這個說法是不正確的,那麼黑洞又如何讓光線走起了「彎路」呢,很多朋友認為認為是引力所致,其實這並沒有找到真正的根源,如果要理解這個「引力」彎曲光線的過程,我們必須要來理解一下廣義相對論廣義相對論認為質量能夠改變時空的結構,用我們通俗的話來說就是質量彎曲了時空
  • 黑洞真的可以吸引光嗎?有關黑洞問題的小科普
    接近黑洞會不會像電影裡面那樣時間變慢按照狹義相對論的解釋,當我們的速度接近光速的時候,我們的時間過的是要比沒有接近光速的人慢的,有的科學家做過的設想是,如果我們可以在地球上進行接近光速的運動那麼只需要一周的時間,我們就可以來到100年後的世界,重力拉伸了時間所以我們越靠近黑洞,我們的時間就會變得越慢。黑洞可以存在多長時間。
  • 黑洞可以吞噬宇宙嗎?我們宇宙會不會就在黑洞裡面?
    我們的宇宙會不在就在一個超大質量的黑洞內呢?可能嗎?首先,我們知道引力影響光,引力透鏡科學已經掌握並解釋了這一現象。而宇宙的意義,是指各部分的總和,也包括了宇宙。而黑洞是宇宙中最吸引人的天體之一。它們實際上非常有趣,它們有巨大的質量,巨大的尺寸,巨大的引力,甚至光都無法逃脫它的引力。但是對於黑洞有一些誤解,它們不吸另一個物體,而是通過引力吸引它,因為黑洞的質量是如此之高,所以黑洞不運動,但是被吸引的物體運動。
  • 光子沒有質量為什麼會被黑洞吸引?專家一席話讓人心驚
    黑洞,是引力極其強的宇宙天體,沒有什麼可逃脫黑洞的吸積,甚至光(光子)也不行。一顆大恆星的死亡可以形成黑洞。因此,很容易理解為什麼經過的物體被吸入黑洞。