光子沒有質量為什麼會被黑洞吸引?是愛因斯坦錯了嗎?

2020-12-05 星辰大海路上的種花家

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!

黑洞吸積物質這點很容易理解,根據萬有引力定律,天體之間的引力與它們的質量成正比,與距離的平方成反比,但大家都知道光子的靜止質量為零,那麼請問它為什麼還能被黑洞所吸引?

關於引力,牛頓是怎麼說的?愛因斯坦又是怎麼說的?

準確的說牛頓形容他站在巨人的肩膀上,或者他說自己只不過在海灘上撿到了幾個漂亮的貝殼,都非常正確,因為他的萬有引力事出有因,當然你如果相信小學時候書本上蘋果砸在牛頓腦袋上然後發現了萬有引力,那就實在太可愛了,這表示你還有夢!

牛頓的萬有引力有哥白尼的日心說背書,也有克卜勒的行星三大定律站臺,還有伽利略的望遠鏡觀測以及一系列實驗物理支持,在這些基礎上,牛頓在1666年這個歷史上第一個思想火花迸發的年份裡,做出了劃時代的偉大理論,萬有引力定理!將天上和地下的力統一到了一起!

當然萬有引力定律在牛頓在借《自然哲學的數學原理》一書中提出時並不完整,萬有引力常數需要等到100多年後卡文迪許發明的扭稱測定的,另外對於太陽系行星的運動與軌道間攝動,需要告訴拿破崙他的理論不需要上帝假設的拉普拉斯來完善,他的巨著《天體力學》是經典力天文學中的裡程碑,是經典力學體系中的舉足輕重的奠基石!當然各位也不要忘記歐拉與達朗貝爾及拉格朗日的貢獻!

但經典力學體系再完備都有它的局限性,因為對於時空理解的不一致,為以後的隱憂埋下了伏筆,比如勒維耶計算的水星進動值和觀測始終對不上,以太漂移實驗零結果,這些危機都預示著一個偉大的變革即將發生!

關於引力,愛因斯坦的調調愛因斯坦在1905年總結了前人的成果推出了狹義相對論,十年後他獨立推出了廣義相對論,前者解決了以太漂移中的零結果問題,後者第一步解決的就是水星進動,因為愛因斯坦時空不可分割的相對論時空觀,完全不同於經典力學的絕對時空觀,愛因斯坦認為時空不可分離,並且會受到質量影響,簡單的如惠勒所總結:質量告訴時空該如何彎曲,時空告訴質量該如何運動!

惠勒一針見血地總結了廣相,得以讓普通人從最簡單的角度去理解廣義相對論下的時空觀,但惠勒的總結中有兩個字還是那麼扎眼,那就是「質量」,不過卻不要如此糾結,因為下文中會對光的質量做一個簡單說明。

光有質量嗎?它在時空中怎麼就彎曲了?

光有沒有質量,這還是得愛因斯坦告訴大家,狹義相對論中最重要的一環,也就是質能方程的推導相信大家都看不過少,但它揭示的本質卻很少有人能理解,因為這是宇宙最深的奧秘之一,涉及到物質的來源,但本文卻無需那麼深入,我們只需理解質能等價即可,也就是說質量和能量只是一體兩面,物質可以展現為質量,也可以展現為能量,兩者是完全等價的!

光具有能量,而普朗克統一了黑體輻射的公式告訴我們,能量是一份份輻射的,最小的那份就是E=HV,這個H就是普朗克常數,V就是光的頻率,因此這最小的那份光是儘管沒有靜止質量,但它在運動時具有動質量,根據E=mc即可計算出它的質量!

所以即使用牛頓的萬有引力公式,仍然可以計算出它在引力場中是會受到質量的影響,不過根據萬有引力計算出來的彎曲角度只有用廣義相對論計算值的一半,因為牛頓的絕對時空觀中時間與空間是分離的,而廣相卻是一起考慮的!

關於光線在引力場中彎曲,在廣相後就被提了出來,但好巧不巧的是3年後就是1919年的日食,而且遮擋的還是畢宿星團的亮星,另外愛丁頓爵士的團隊在日食的最後一刻烏雲散去,觀測到了光線彎曲的數據,最後用統計法確定了光線在太陽引力場中彎曲的平均值,和愛因斯坦理論計算相差並不是很大,因此光線在引力場中彎曲也已經實錘!

而在二十世紀後續觀測中,這些現象比比皆是,而且還催生出一個新的觀測方式,引力透鏡,這是發現遙遠星系和黑暗前景天體的一種補充方式,也是恆星系中發現行星的一種特有方法!

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  • 光子有質量嗎?為什麼會被黑洞吸引?
    光子到底有沒有質量?光子真的沒有質量嗎?事實上,並非如此。我們常常把能量和質量撕裂開來看,但這個觀念並不是很正確。比如:我們常常會說的是,原子彈爆炸,質量轉化為能量。不知道你想過沒有,在很多人眼裡,能量是個東西,但是質量也是個東西嗎?如果把能量看成一個東西,非要一一對應的話,能量好像對應物質更加合適的。說到這裡,你可能會得有點混亂了。是的,其實問題就出在這裡,能量,質量,物質,他們之間到底是什麼關係?之所以搞不清楚,只因為我們沒有把它們定義好,沒有定義也就無法分類。
  • 為什麼光沒有質量,卻會被黑洞吸引?愛因斯坦:它是自願的
    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」?
  • 光子有沒有質量,為何被黑洞吸引?愛因斯坦:自己跑進去的
    蘋果落地是因為地球對它的吸引,這個吸引作用稱之為萬有引力。 引力使物體產生向下「掉」的趨勢,有一句話叫做站得高,(niao)扔得遠,例如你在山頂上,向水平方向扔出一塊石頭和在山腳下扔一塊石頭,石頭出手時初速度相同,山頂出手的石頭肯定飛得更遠。
  • 光子有沒有質量,為何被黑洞吸引?
    光是「自願」走進黑洞的,當它越過黑洞視界,時空的方向都指向黑洞中心,無路可選,只能進入黑洞。下面聊聊到底怎麼回事:牛頓的引力對於引力的認識,很多人是聽說了牛頓與蘋果的故事。蘋果落地是因為地球對它的吸引,這個吸引作用稱之為萬有引力。
  • 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。
  • 光子的靜止質量為零,為什麼還能被黑洞吸引?
    1.按照萬有引力定律,光線的偏折只要實際觀測的一半2.無法解釋為什麼所有的物質引力質量和慣性質量相同。3.不能完全解釋水星在近日點時出現的進動現象。為了解釋這些現象,1907年,愛因斯坦初次提出了廣義相對論:將牛頓的萬有引力定律和狹義相對論進行了推廣,從而解決萬有引力定律的局限性,同時也對引力的本質表達出了自己的觀點。
  • 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。
  • 黑洞吞噬一切,但光沒有質量,為什麼也會被黑洞吸引?
    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?
  • 黑洞吞噬一切,但光沒有質量,為什麼也會被黑洞吸引?
    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。
  • 光子有質量嗎?為什麼被黑洞吸引?那為什麼對人體沒傷害呢?
    在相對論之前科學家們都直接說光子沒有質量,但是當相對論出來以後大家覺得這樣的說法不夠嚴謹了,所以他們很嚴謹的加上光子沒有靜止質量。因為相對論的質能方程告訴我們質量和能量是等價的,而光子有能量,那麼也就可以看作是有質量,所以我們不能簡單的說光子沒有質量,這樣子就顯得不夠嚴謹了。
  • 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。
  • 光子沒有質量為什麼會被黑洞吸引?看完後瞬間明白了!
    黑洞是宇宙中最為神秘的天體,它的質量、引力以及重力強到人類無法理解的程度,必要時黑洞的引力就連光都無法逃脫,那麼光子本身沒有質量,為啥還會被黑洞吸進去呢! 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。
  • 光沒有質量,為什麼黑洞可以吸進去?
    從牛頓的萬有引力定律分析來看,黑洞能吸引住光線的理論就是鬼扯,但在1919年英國天文學家愛丁頓爵士卻帶隊驗證了太陽的引力彎曲了光線這一重大的相對論預言,相信大家都知道這個兩個著名的科學小故事,但仍然對引力能吸引光這個理論雲裡霧裡,因為廣義相對論和牛頓萬有引力定律打架了嘛。
  • 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?
    但有質量才有引力,光沒有質量,黑洞為什麼可以吸住光?  因此,我們可以看出在黑洞面前光速也只能算作「龜速」,眾所周知,世界上沒有任何東西可以跑得比光還快,但是光都無法離開黑洞的表面,天文學家們也曾斷言幾乎沒有光子能逃脫黑洞的吸引與追捕,任何靠近它的物體都會被吸進去。
  • 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?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
  • 光沒有質量,黑洞是怎樣把它吸住的?
    那麼,黑洞是如果吸住零質量的光的呢?光的相對論質量按照狹義相對論,光沒有靜止質量,凡是具有靜止質量的東西都無法達到光速。不過在發表狹義相對論後兩年,愛因斯坦就發布了一條光的能量計算公式:E=hv。公式裡E是光子的能量,h是普朗克常數,v是光子的頻率。這公式裡可以看出,當光子的頻率越高,能量也將越高,光子的能量與其頻率成正比例關係。
  • 光沒有質量,黑洞是怎樣把它吸住的?答案其實很有趣
    那麼,黑洞是如果吸住零質量的光的呢?光也有質量按照狹義相對論,光沒有靜止質量,凡是具有靜止質量的東西都無法達到光速。不過在發表狹義相對論兩年後,愛因斯坦就發布了一條光的能量計算公式:E=hv。公式裡E是光子的能量,h是普朗克常數,v是光子的頻率。
  • 光沒有質量,黑洞是怎樣把它吸住的?答案可能比你想像的更有趣
    光也有質量按照狹義相對論,光沒有靜止質量,凡是具有靜止質量的東西都無法達到光速。不過在發表狹義相對論兩年後,愛因斯坦就發布了一條光的能量計算公式:E=hv。:m=hv/c^2,這就是光子的質量,但並非靜止質量,而是相對論質量,與靜質量相對,你也可以把它理解為光子的動質量。
  • 光子為什麼無法逃離黑洞?
    在黑洞的問題上,黑洞本身就是一個強引力場的來源,在那裡牛頓的萬有引力定律早就失效了。為什麼會這樣?我們可以看水星的例子。太陽附近尚且如此,不要說黑洞附近了。光子沒有靜止質量,但它同樣會受到黑洞的吸引,我們不能用牛頓定律的萬有引力公式來計算這個吸引力,而應採取廣義相對論的觀點:光子的世界線在彎曲時空中是一條類光測地線,這條類光測地線在空間上的投影是彎曲的——這就是黑洞對光子的吸引力的寫照。至於光被黑洞吸收後變成了什麼?