光沿著測地線運動不需要消耗能量,在引力場中,光通過紅移和藍移來釋放和轉化能量,但光速不變。
首先,需要明白什麼是能量
能量這個詞最初是從牛頓力學中研究做功的時候定義出來的。功就是一個物體在力的作用下發生了一段位移,是這個力與位移的叉積叫做功。能量是在功的基礎之上,對物體潛在的做功能力的一種評價。
我們說光是有能量的,也就是說,光有能力讓物質在其力的作用下產生位移,其實驗證據就是光電效應實驗。光照射在鋅版上,能夠加速電子的運動,速度快到電子可以脫離鋅原子的電場束縛跑出來。
光的能量大小用hν來計算,其中h是普朗克常數,ν是光的頻率。頻率是一個離散量,所以說光是具有量子特性,其能量是一份一份的。
其次,物質具有保持其原有運動狀態的能力
物質運動,如果沒有外部力的影響,不會改變自身的運動狀態,將保持靜止或者是勻速直線運動,這就是著名的慣性定律。
從相對的時空觀來看,光走過的路線是最短路線(測地線),光沿著這個路徑運動是不需要消耗能量的。這一點,對於其它天體也是如此,同樣地球沿著自己的軌道圍繞太陽公轉,也是走的測地線,同樣不需要消耗能量。
第三,光通過頻率降低(波長變長)來保持自己的運動狀態
光在運動過程中同樣會受到引力的作用,克服引力運動就需要做功,其能量來源是來自自身頻率降低,也就是波長變長。這就是我們在觀察恆星光譜的時候普遍存在的引力紅移現象。
同樣,太陽發出來的光線到達地球也會發生引力紅移,從地球發出的光射向太空同樣會發生引力紅移,引力紅移的大小與引力大小有關。
我們可以說光速不變,但是光通過釋放了hΔν的能量克服了引力做功。在黑洞視界面之內,由於引力足夠大,所以到達黑洞視界面的光的頻率趨近於零,所以光就消失了,或者說是跑不出來了。
結束語
親愛的小夥伴們,不知道大家看完上面的回答「是不是對光跑那麼快,其能量來自哪裡?」這個問題已經明確了呢?運動狀態和能量消耗之間沒有必然的關係,如果我們能夠很深刻地理解慣性定律,那麼這個問題其實也就迎刃而解了,因為物質保持其原來的運動狀態就是其基本屬性。
小夥伴們您對於這個問題還有什麼其它看法嗎?歡迎在下面的評論區留言參與,很期待看到您獨樹一幟的見解。