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光沒有質量,所以引力幾乎為零,黑洞把光吸住了,怎麼解釋?有質量才有引力,不矛盾嗎?

質子教授說: 在解釋黑洞的吸引力時,我們需要先理解引力的本質和光的性質。引力是由物體間的質量或能量密度引起的作…

質子教授說:

在解釋黑洞的吸引力時,我們需要先理解引力的本質和光的性質。引力是由物體間的質量或能量密度引起的作用力,而光是一種電磁波,它沒有質量,但具有動量和能量。這些概念之間的關係可能看起來有些矛盾,但在深入探討之前,讓我們先了解一下什麼是黑洞。

黑洞是一種極端的天體,它的引力非常強大,以至於它們能夠使光線在逃離它們的時候彎曲或被捕獲。黑洞是由質量非常龐大的物體形成的,比如巨大的恆星或恆星系的核心。當這些物體耗盡燃料後,它們就會塌陷並形成極度緊湊的結構,從而形成黑洞。

現在讓我們來解釋黑洞如何把光吸住。儘管光沒有質量,但是它具有能量和動量,這是由於它的電磁場與電荷粒子相互作用而形成的。根據廣義相對論的描述,質量和能量都會導致空間和時間的彎曲,這是由於質量和能量形成的引力場的存在。由於黑洞具有極度強大的引力,它們會扭曲和彎曲周圍的時空,從而扭曲和彎曲通過黑洞的光線。

在引力場中,物體的運動速度受到扭曲和彎曲,這被稱為引力透鏡效應。這個效應使得光線的路徑在引力場中發生偏轉,從而使我們觀察到的星系、星雲或黑洞的形狀與它們實際上的形狀不同。對於黑洞而言,它的引力場是如此之強,以至於光線無法逃脫黑洞的引力場,所以我們看不到黑洞本身,只能觀察到黑洞周圍的物質被它們吸引的情況。

黑洞把光吸住的另一個重要因素是它們的事件視界。事件視界是一個物體必須達到的最小距離,才能夠逃脫黑洞的引力。一旦物體穿過了事件視界,它就無法逃脫黑洞的引力,最終會被吸入黑洞內部的奇點。由於光是一種無質量粒子,它的速度是恆定的,即使是通過引力場傳播,它的速度也是不變的。當光線穿過黑洞的事件視界時,它被黑洞的引力牢牢吸住,無法再繼續前進,最終落入黑洞的內部。

另外,引力不僅與物體的質量有關,還與其能量和動量有關。光線是一種傳遞能量和動量的粒子,因此它也會受到引力的作用。當光線經過引力場時,它會受到引力的作用,因此它的運動路徑將會彎曲,最終落入黑洞的引力井中。

總的來說,黑洞把光吸住的原因與其強大的引力場有關。儘管光沒有質量,但它具有能量和動量,這使得它受到引力的影響。由於黑洞的引力場極其強大,它會扭曲和彎曲周圍的時空,從而影響光線的傳播路徑,使光線無法逃離黑洞的引力。此外,黑洞的事件視界也是光線被吸住的重要因素,當光線穿過事件視界時,它就被黑洞的引力永遠困住,無法逃脫。

總之,黑洞把光吸住並不矛盾,因為光線雖然沒有質量,但它具有能量和動量,這使得它受到引力的影響。黑洞的強大引力場和事件視界也是光線被吸住的原因。

星球上的科學說:

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?

但有質量才有引力,光沒有質量,黑洞為什可以吸住光?

先來認識一下黑洞,其產生過程類似於中子星的產生過程,就是說如果一個恆星在準備滅亡時,核心在自身重力的作用下會迅速地收縮,塌陷,發生強力爆炸,而當核心中所有的物質都變成中子時,收縮過程就會立即停止,被壓縮成一個密實的星體,同時也壓縮了內部的空間和時間。

但在黑洞情況下,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,連中子間的排斥力也無法阻擋,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,直到最後形成體積無限小、密度無限大的一種星體。

而正是由於黑洞的體積小密度高,所以它產生的引力場極為強大,以至於任何物質進入到黑洞內,便會被吞噬掉,我們都知道光速可以說是事物的最極限運動速度,達到了3*10^8m/s,但是黑洞的脫離速度竟然超過每秒 30 萬公裡。

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。

並且,我們要知道黑洞的質量是非常大的,沒有上限,根據科學家們的探究發現黑洞引力的影響範圍的關鍵在於其黑洞質量的大小,也就是說黑洞的質量越大,其引力的影響範圍也就越大,一般來說黑洞的質量都是非常大的,那麼引力的影響範圍可想而知!

回到問題中,要想搞明白這個問題需要從本質上來理解,首先就是牛頓經典力學的萬有引力定律。

萬有引力定律是經典力學中的代表,在宏觀,低速領域都能完美的解釋。

其表達的是:任意兩個質點之間都存在相互吸引的力,大小和質量之積成正比,和距離成反比。

按照定義,我們可以得出,引力的作用效果是瞬間產生的,也就是說:引力是超距作用的。

但隨著物理學的發展,萬有引力定律的弊端也逐漸顯現出來,比如萬有引力定律無法解釋為什麼所有的物質引力質量和慣性質量相同等等現象。於是到了1907年,愛因斯坦提出了廣義相對論,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。

引力的本質

在愛因斯坦的廣義相對論中,把引力描述為:引力是質量扭曲時空的幾何現象,而且還指出物體會使周圍的時空發生彎曲,如果物體質量大,那麼造成的時空曲率就越大,反之,物體質量小,所造成的時空曲率就越小,即便是光在經過大質量物體的時候,傳播路線也會發生彎曲。

因此,引力的本質就是時空的彎曲。

在物理學中,質量表達的是物體所含物質的多少,其數值並不會因為物體的狀態、形狀和位置而發生改變,是物體的基本物理屬性之一,而光其實是有質量的。

關於光沒有質量的這種說法並不準確,實際上應該說光沒有靜止質量。根據愛因斯坦的質能方程E=mc^2,光雖然沒有靜止質量,但它卻具有動質量,其質量可以表達為m=E/c^2,在研究微觀粒子時(尤其是做粒子對撞實驗過程中),就可以這樣表述質量的大小。

對於光來說,由光子所組成,而光子從出生時就具有最高的運動速度,並且沒有加速過程,這也就是相對論中所說的沒有靜止質量,但在真空中卻有著恆定的運動質量,因此光是有質量的。

黑洞為什麼可以吸住光呢?

上面已經說到了光雖然沒有靜止質量,但它卻具有動量。

光是由光子組成,而且其中每個光子都攜帶著能量,公式為E=hν,當光子以光速運動,就產生了動能,根據質能等價轉換E=mc2=hν,我們可以得出單個光子質量是m=hν/c2,也就是說光子也是有「質量」,自然光就會受到萬有引力的影響。

我們要知道在物理學中,光總是以直線在時空中前進,但是黑洞作為宇宙內引力最強大的天體,嚴重彎曲了時空,進而導致每秒30萬千米的光在經過黑洞周圍時,傳播路線也會發生改變,進而被吞噬,嚴格意義上來說,所謂的黑洞吞噬光,其實就是扭曲。

之前我們已經說了,黑洞是目前我們人類已知的最大引力場,而我們宇宙的本質是幾何構造,任何的天體只需要引力達到一定,它就可以對空間進行扭曲,光也會受到萬有引力的影響。

這樣一來,在空間彎曲後光線也就彎曲了,再加上如果物體的速度達到11.2km/s的第二宇宙速度時候,也可以被稱為逃逸速度,那麼就能掙脫地球引力的束縛前往太陽系其他天體,但是對於黑洞來說,他的逃逸速度已經超越光速,因此具有動質量的光只能被黑洞吞噬,從而無法逃逸出去。

墨子方陣說:

牛頓和愛因斯坦要是聽到這個問題,一定會氣的跳出來找你!

牛頓認為光是細小的粒子流,所以說,牛頓不可能認為光沒有質量! 愛因斯坦也沒有說光子沒有質量呀,他認為光子靜止時質量為零,可是光子永遠以光速運動的,所以說,光子也是有質量的,這個質量叫做運動質量或者相對論質量!

一、光子的運動質量

  • 並不是說光子沒有質量,而是光沒有靜止質量,愛因斯坦將物體的質量區分為靜止質量和運動質量,光子的靜止質量為零,但不是說運動質量也為零。

根據相對論質速關係方程運動質量是隨著速度的增大而增大的。

愛因斯坦還提出了著名的質能轉化方程 ,根據質能方程

我們可以算出光子的運動質量!

  • 以紅光為例:

紅光的波長為:750nm左右

根據 光速=波長×頻率

我們就可以計算出紅光的頻率大概是4×10^14Hz

E=hν h為普朗克常量(6.63×10^-34J•s) ν為頻率E=hν=6.63•10^-34J•s×4×10^14Hz=2.652×10^-19J

E=mc²

m=E/c²=2.652×10^-19J/(3×10^8m/s)²=3×10^-36kg

通過計算,我們也能得到,光子的運動質量是3×10^-36kg, 也就是說,並非光子沒有質量,光子只是在靜止時沒有質量,光子是有運動質量的,而且光子一直在運動!

二、引力的本質

  • 牛頓認為任何有質量的兩個物體之間都存在引力,所以叫萬有引力,引力的大小與兩物體質量的乘積成正比,與他們距離的二次方成反比!

  • 隨著科學技術的發展,人們發現,萬有引力定律適用範圍有限,而且也不能解釋光線在太陽引力的作用下偏移的現象!
  • 愛因斯坦提出的廣義相對論很好地解釋了光線在太陽周圍偏移的現象! 說明了光義相對論比萬有引力定律更進了一步! 愛因斯坦的廣義相對論跟牛頓的萬有引力定律的區別在哪兒呢?

廣義相對論認為,引力的本質其實一種幾何效應,其實就是時空彎曲! 任何有質量的物體都會使其周圍的時空彎曲,引力的本質就是時空彎曲。

我們舉個例子理解一下: 就好像我們在一張平整的彈簧床上放了一個石頭,這個床就會向下凹陷,石頭質量越大,床凹陷的越歷害是一樣的!

如果我們在這個凹陷處的跟前放入一個比它質量小的多的石頭會怎麼樣呢?那如果放一個比它質量大的多的石頭呢?

是的,小石頭會掉入大石頭壓出來的凹陷當中!

我們可以繼續思考一下,如果我們在大石頭壓出的凹陷邊緣,將一個玻璃球以一定的初速度彈出去,會出現什麼情況呢?

情況是這樣的:速度小、掉下去;速度剛好、一直繞著凹陷旋轉;速度大、甩出來!

這下你能理解為什麼發射衛星有第一、第二、第三宇宙速度了嗎?

  • 那如果中間是一個體積無限小、質量無限大的石頭呢,當然壓出來的凹陷就特別深、也特別陡,所以一但出現在這個凹陷周圍,再大的速度也甩不出來了,玻璃球只能掉下去或者一直在凹陷邊緣繞著旋轉了!

  • 而黑洞就是這樣一個,體積無限小、質量無限大的天體,周圍的時空被嚴重的扭曲,任何物質出現在它周圍都只能掉進去,哪怕宇宙中速度最快的光也不能逃脫。

這就是為什麼光子也無法逃脫黑洞的原因,其實並不是因為什麼引力,引力只是時空扭曲的一種表現形式。

喙輪發動機科技說:

光是多波段的波粒二相體,包括現在已經認識的光子或量子都是波粒二相體,也就是物質與能量的混合交融體,所以光有質量,只是人類目前的技術無法檢測出它的質量,只是認為光沒有質量,或者假設光沒有質量。

光被黑洞吸入之後,隨著黑洞吸入的物質越來越多,溫度和內部壓力不斷升高,當其溫度達到某一值時,例如5000億攝氏度以上時(大部分黑洞達不到這個條件,就只能永遠以黑洞的形式存在),黑洞內部的所有物質,包括光子和量子,開始向能量轉化,最終形成宇宙大爆炸前的狀態,奇點,也就是一顆純能量球。這時才是真正的沒有質量了。

還有一點需要指出,我們現在定義宇宙,不是真正的宇宙,它太小,真正的宇宙要比它大的多得多。

我們現在定義的宇宙只是真正宇宙中的一個星系。

無論是黑洞還是「奇點」都只是真正宇宙中的一顆超大星球,這個「奇點」大爆炸後才形成了我們現在定義的所謂宇宙。

我們現在定義的這個所謂宇宙有多大呢?在「奇點」形成之前的超大黑洞,具有極強大引力,只要是在它引力範圍內的所有物質,包括大大小小的星球或小星系以及小黑洞都會被它吸入。所以現在我們這個星系周圍還存在的黑洞就是當年未被吸入的黑洞,也就是我們現在所定義的這個所謂宇宙(實為星系)的邊界。

董董研究員說:

黑洞是真實存在的,因為已經被各種現象所驗證,尤其最近「拍出來」黑洞照片。

這個黑洞由於質量巨大,因此帶動空間扭曲旋轉,有個巨大吸積盤,而且還會自旋。目前算出來M87中心的超大質量黑洞的質量是太陽質量的65億倍。吸積盤的不對稱形狀表明黑洞的南邊更接近我們,這也是人類第一次獲得黑洞的自旋信息。本次沒有證實霍金的霍金輻射。

根據廣義相對論,引力就是質量造成空間彎曲,因此光的傳播也會彎曲,這樣引力達到一定大,光就無法傳播出來了,形成了黑洞。

然而相對論的說法卻有二個解釋不了的悖論:

關於黑洞悖論

最主要有個黑洞悖論:相對論認為引力質量等效於慣性質量,引力周圍的空間都等於擁有一定加速度的彎曲空間,假如黑洞是閉環的彎曲空間,連光都逃不出來,什麼都逃不出來,那麼黑洞會吞噬所有遇到的東西,那麼隨著時間的推移,黑洞會吞噬所有遇到的一切,加上質量比太陽大二倍以上的恆星死亡後都會變成黑洞,一個宇宙裡的黑洞本來就數量龐大會有千億個,單單銀河系最終死亡後會成為黑洞的恆星都有一百五十億顆,而因為時間是無限的,黑洞們遲早會遇到所有東西,那麼現在宇宙中除了各種黑洞應該已經沒有其他星球,但是現在已經經過了無限的時間還有那麼多各種星球,說明黑洞封閉彎曲空間理論確實存在悖論呀!

當然也有人爭論說時間不是無限的,因為宇宙才138億年,但是就算本屆宇宙只有138億年,然而本屆宇宙大爆炸之前,根據物質不滅定律:物質無法被創造,也無法被消滅,只能從一種形態轉化為另外一種形態,還有能量守恆定律:不論物質形態怎麼變化,總能量必然保持不變,宇宙物質之前就必然一直存在,因此與之對應的時間仍然是存在的,因此可以推導出時間就是無限的

宇宙大爆炸悖論

除此之外,宇宙大爆炸本身對相對論就是一個很大否定,因為大爆炸之前的宇宙奇點,質量奇大,比所有已知黑洞合起來還大,在巨大引力作用下,空間是彎曲封閉的,什麼都出不去,怎麼會爆炸開來呢?其次,大爆炸以後,觀測到的各個星體的相對飛行速度遠大於光速,目前宇宙年齡138.2億,但是觀測到的宇宙直徑已經有900億光年之大,那也就是星體相對飛行速度已經達到光速三倍以上,什麼樣的力量讓宇宙星體相對飛行這麼快呢?很明顯,相對論並不能解釋這些。這個是堅信相對論的人最痛苦所在。

總之相對論空間彎曲理論並不能完滿解釋黑洞現象。

新思路

今天換個思路來探討黑洞的來源,反而能夠圓滿解釋黑洞存在的原因。

大家知道光線從太陽表面飛到地球是八分鐘,但是從太陽內部飛到太陽表面卻需要幾百萬年,為什麼呢?因為太陽內部密度太大了,光的傳播速度就變得很慢很慢。

光是一種電磁波,在不同介質裡速度是不一樣的,在真空裡最快,在空氣裡就慢很多,在水裡就更慢,在玻璃裡比水裡還慢,在玻璃裡光速變慢了三分之一之多,就是因為不同媒介的密度不同導致的。同一個介質,不同波長的光速還是不一樣呢,這個就是菱鏡多彩光譜的原理。

光子在太陽內部傳播慢,另外一個說法是因為密度大,光子不斷撞上各種微粒子比如質子、中子、電子等,被吸收又再度發射,總之也是路途坎坷,經過數百萬年才能從太陽內部到達表面。

由波長的公式λ=v/f,其中v是光在介質中的傳播速度,f是的頻率, 而光速v是由介質決定的, 在不同的介質中光的傳播速度是不同的, 而f則是由振源的振動頻率所確定的, 所以, 光的波長和介質有關係。

v=λ*f,波在傳播過程中,頻率不變。v也就是速度是由介質決定。 光的波長和介質有關係為 λ=λo/n。 λo為真空波長,n為折射率。

太陽內部介質的折射率非常高,因此電磁波波長統統變得很短了,速度也變慢了幾千倍到幾萬倍。

那麼比太陽質量大幾百倍、幾千倍、甚至幾萬倍的黑洞,內部密度大的驚人,折射率也高得驚人,光速就變得更慢了,光速變慢是因為波長變短了,但是頻率不變,光從內部需要幾億年甚至幾十億年才能傳到超大星體表面,在這幾億年漫長的傳播的過程中,光子不斷撞擊各種微粒子,能量又被介質吸收了,這樣對於外界來說,就是啥也看不見了,黑黑一團。類似的現象地球上也有:陽光從太平洋表面射到洋底,中途早就被海水吸收掉了,洋底也是黑黑一片。

就算背後別的恆星的光線經過該黑洞,光線速度也會變得奇慢無比,要幾百萬年甚至幾億年才能傳播過去,在這個漫長的傳播過程中能量還被黑洞介質不斷吸收掉,自然從外界就看起來黑黑的。

關於星光實驗

100年前也就是1919年的星光實驗,通過觀測日全食周圍的星星,發現星星位置比沒有太陽的時候發生了偏移,被認為驗證了相對論的恆星引力導致光線彎曲理論,但是星光實驗實際上不用相對論也能解釋:夕陽西下的時候,太陽明明已經落到地平線以下了,可是我們還能看到,為什麼?因為大氣層的折射作用,把陽光彎曲了,所以太陽看起來就比實際位置偏高了。星光實驗道理與夕陽相同,太陽邊上實際並不是真空,而是太陽風等輻射出來的物質,太陽質量越大,周邊空間物質的折射率就越高,一樣造成光線折射哦。

光從真空射入介質發生折射時,光在發生折射時入射角與折射角符合斯涅爾定律(Snell's Law)。入射角i與折射角r的正弦之比n叫做介質的「絕對摺射率」,簡稱「折射率」。 公式:n=sin(i)/sin(r) ,這條公式被稱為斯涅爾公式。所以得知入射角和折射角就可以算出太陽周邊的折射率,之後就可以用來預測星星的偏移量了。不同波長的光的折射率還不一樣,可見光折射率通常隨著波長的減小而增大,即紅光最小、紫光最大。因此日全食的時候,太陽周圍星星應該會變紅,因為紅光波長較長會優先折射過來,正如太陽升起的時候先看到紅光,越靠近太陽就應該越紅。

以上為日全食照片。

以下為2013年11月3日捷克數學家、攝影師Miloslav Druckmüller在非洲日全食拍的真實高清照片:

這些奇怪的紅色很明顯不是太陽自己的陽光正常顏色,而且月球是個固體,沒有任何空氣,也不會造成折射。唯一能導致折射的就是太陽自己了。

再看一張照片,太陽偏了一點,漏出來的是正常陽光,金黃色:

我收集了很多日全食照片,發現全都有太陽周邊星星變紅現象。但是日全食的時候,太陽周圍星星包括光線會變紅卻無法由相對論來解釋,因為相對論認為太陽質量造成空間彎曲,那麼不同波長的光沿著同樣的曲面飛行,不應該有不同曲率,畢竟光速在真空中速度一樣。其原理類似於在太陽上空拋射二個不同大小石頭(光也被愛因斯坦視為光子),但是速度相同,那麼他們應該以同樣慣性彎曲度飛行,而不是有任何不同。因此日全食太陽邊上星星和光線變紅現象就否定了相對論的解釋!

以下為愛因斯坦原始計算:1916年愛因斯坦根據完整的廣義相對論對光線在引力場中的彎曲重新作了計算。他不僅考慮到太陽引力的作用,還考慮到太陽質量導致空間幾何形變,光線的偏角為:α=1″.75R0/r,其中R0為太陽半徑,r為光線到太陽中心的距離。 1919年日全食期間,英國皇家學會和英國皇家天文學會派出了由愛丁頓(A.S.Eddington)等人率領的兩支觀測隊分赴西非幾內亞灣的普林西比島(Principe)和巴西的索布臘兒爾(Sobral)兩地觀測。經過比較,兩地的觀測結果分別為1″.61±0″.30和1″.98±0″.12。科學家們把當時測到的偏角數據跟愛因斯坦的理論預期比較,認為基本相符。然而,測量結果並沒有與愛因斯坦的預測一致,因為不同地方測出來的偏角居然不同。按照愛因斯坦理論,偏角應該一樣,因為太陽質量是固定的,太陽半徑也是固定的,星光偏角只與距離太陽中心距離成反比。因此愛因斯坦相對論既無法解釋星星偏角不同,更無法解釋不同波長的光折射不同。

而按照太陽風造成的折射透鏡理論,則非常容易解釋,因為太陽的核聚變激烈,噴射出來的太陽風不穩定,導致太陽周邊的太陽風稀薄度也經常變化,因此折射率也經常變動,星星偏角也就會有不同了。

引力透鏡

對金牛座阿爾法星的鋰吸收光譜在太陽引力作用下彎曲的觀測結果表明,太陽邊緣的引力透鏡效應要比廣義相對論理論計算的要高出一倍。但是使用太陽周邊物質折射理論進行計算,則可以完全吻合。因此廣義相對論未必是真相。

所以,所謂的空間彎曲,很可能只是誤解或者錯覺而已,最多算一個表面現象,但是肯定不是原因,就好比自由落體和行星運動定律都只是現象而已,背後原因其實是萬有引力和力學定律。就好比,在以前,人們認為力是產生運動的原因,慣性定律發現以後才發現力(阻力)才是減速的真實原因。在以前人們認為有離心力的存在,在萬有引力定律發現以後,才發現離心力根本不存在,只是慣性而已。

現在完全不需要空間彎曲的概念,已經能夠全面解釋黑洞和恆星折射現象。

而相對論的黑洞理論完全忽視了光作為電磁波在超高密度介質裡速度變得奇慢的事實,這難道不是巨大疏漏麼?

介質密度大則電磁波衰減快,在生活中很常見,一堵牆就可以把無線電電磁波隔得差不多,如果是密度更大的鐵板,則電磁波比如Wi-Fi信號可以隔得更徹底,而光也是電磁波的一種,自然也受到類似影響,更何況黑洞的密度遠大於鉛板。

黑洞密度有多大?

那麼黑洞的密度有多大呢?大家知道中子星因為質量大,連原子結構都塌陷沒了,只剩下中子,純中子組成了中子星,密度是太陽的幾千倍,但是還不夠形成黑洞。黑洞需要好幾個中子星的體量才能形成,質量之大,連中子都塌陷沒了,可能是夸克組成了,這種密度是鉛板的幾億倍都不止,也就是折射率可能是鉛板的幾億倍,所以電磁波的速度可能降低到每秒一釐米甚至每秒一毫米不到

黑洞未來是什麼?

根據本文理論,還可以有個推論,就是黑洞的未來是什麼?

黑洞的未來,根據相對論是沒有未來的,因為空間都彎曲了,像個封閉的迷宮,光線都逃逸不出來,其他物質更是逃逸不出來,因此沒有什麼未來。

而實際上,黑洞只是物質密度太大,光傳播速度慢、周期長,因此把光都吸收了。根據能量不滅原理,這些光能都被黑洞存儲起來了,等到積蓄到一定程度,也許是幾千億年的積蓄,就會大爆發,偶然一個局部的爆發就會觸發整體的大爆炸,這個大爆發也許就是新一輪宇宙大爆炸,也可能只是超新星爆發,取決於黑洞的規模。重元素(如果還有的話)和密集的微粒子在超大高爆炸能量的作用下重新裂變為輕元素,然後產生新的銀河系和新的恆星,新的宇宙因此誕生。其中一部分重元素來不及裂變就被拋射出來,就構成了後來的行星來源。

然後新宇宙裡的恆星重新開始聚變,最後經過上百億年,能量耗光,再次有可能出現黑洞,如此周而復始,循環無窮。

以上理論更接近於現實,而不是黑洞彎曲了空間因此吞噬一切不再釋放。

關於霍金輻射

霍金輻射說黑洞視界外的空間偶爾會產生正反粒子,當反粒子飛入黑洞而正粒子飛離黑洞的時候,就相當於黑洞質量減少了,這個現象叫霍金輻射。我認為這個只是正常宇宙現象,並不能讓黑洞質量減少,因為首先宇宙中隨機產生的正反粒子,飛行方向是隨機的,反粒子飛向黑洞的概率和正粒子飛向黑洞的概率是一樣大的,而正粒子飛向黑洞會導致黑洞質量變大,兩者抵消,統計上對黑洞質量沒有任何影響;其次宇宙隨機產生正反粒子的概率太低了,對黑洞這樣體量的星體,比海水蒸發對太平洋的影響還要小很多很多倍,再對比黑洞每年吞噬的星體和能量,霍金輻射完全可以忽略不計。這也是為什麼霍金輻射迄今為止沒有任何驗證的原因。

宇宙大爆炸的前身是如何產生的?

黑洞只要在正常宇宙中飛行,必然要吸收大量的物質,質量的增加遠大於偶爾的反物質湮滅,因此質量只會越來越大。

根據引力場方程的史瓦西解,黑洞的史瓦西半徑或者說視界半徑的計算公式如下:

其中,G和c都是常數,前者是萬有引力常數,後者是光速。因此,黑洞的視界半徑r只與質量M有關,兩者為正比例關係,質量越大的黑洞,其視界也越大。

因此隨著時間推移,相對應的黑洞視界也越來越大,黑洞所佔空間越大,吞噬也越來越快,終於有一天,最後的黑洞視界大到以至於覆蓋整個宇宙(當然宇宙有好多個),最終形成宇宙奇點,也就是宇宙大爆炸的前身。

以上說法實際上也是有數據支持的, 根據多種天文觀測結果,天文學家們計算後發現整個可觀測宇宙的質量大約為6×10^53千克,那麼我們如果把這個質量視為一個超大黑洞的質量,根據前文的史瓦西半徑公式計算,它的半徑恰是400多億光年,那麼直徑也就是900億光年左右了,和我們目前的可測宇宙是一樣大小的。也就是說當黑洞吃掉了整個宇宙,那麼其史瓦西半徑正好與目前整個宇宙半徑一致。這個可怕的一致很可能並不是巧合!正好揭示了宇宙大爆炸周而復始的真相!

總結一下,新理論認為引力對光沒有作用,也不造成空間彎曲,但是巨大的引力卻對黑洞介質產生了影響,黑洞介質密度非常巨大,介質折射率非常巨大,導致電磁波波長變短,速度變超級慢了,電磁波的傳遞速度甚至可能降低到和蝸牛走路速度差不多,因此「蝸牛」速度的光要傳遞幾億年才能穿過黑洞,途中能量早被高密度的介質比如夸克所吸收了

根據這個理論,黑洞由於不是封閉的彎曲空間,因此吸收到足夠能量後,就會發生大爆炸,產生新的恆星、行星,而不是如相對論所預言的永久存在。同理宇宙大爆炸也是可行的,因為宇宙奇點並沒有彎曲的空間,只要能量吸收足夠大,超過大爆炸臨界點,就能發生宇宙大爆炸。

宇宙大爆炸臨界點

那麼宇宙大爆炸的臨界點多大呢?是不是要等黑洞吃掉了整個宇宙之後才發生大爆炸呢?

宇宙大爆炸臨界點就是當黑洞或者說宇宙奇點吸收的總能量達到或大於大爆炸所需要的能量閾值,就必然發生大爆炸。能夠克服黑洞引力的永遠只有能量。

這個閾值是多大呢?我提出一個假想公式,就是:

Ethreshold = bMC^2

E代表能量,threshold是閾值,M是黑洞質量,C是真空中光速,b就是黑洞大爆炸常數。可見大爆炸閾值與黑洞質量成正比。

黑洞與黑洞合併,不會發生爆炸,因為總質量變大了,閾值變大了。黑洞吃掉中子星,也不會爆炸,因為中子星增加了黑洞質量導致閾值變大了但是帶來的能量太少。黑洞吃掉恆星也很難爆炸,因為恆星的體量與黑洞比起來太小了,恆星增加的能量太小通常無法達到閾值。結果就是黑洞不斷吞噬但是卻無法達到爆炸閾值。 這樣發展下去,最終就是黑洞會吞噬掉整個宇宙,其黑洞視界越來越大,達到了整個宇宙的邊緣。

那麼有沒現象呢?TON618黑洞就是一個距離我們104億光年的巨型黑洞,質量在100億年前就達到了660億太陽質量,那麼現在過了一百億年,應該已經達到幾千億甚至一萬億太陽質量,其視界比銀河系還大很多。

但是如果黑洞長時間吃不到東西,比如在未來已經吃掉了整個宇宙,沒有東西可以再吃了,那麼質量無法增加,閾值保持不變,這時候黑洞只要長時間吸收宇宙背景中的電磁波和高能粒子,就會能量不斷增加,最終總歸會達到大爆炸所需要的能量值,就必然發生宇宙大爆炸。這也是為什麼大爆炸會發生於黑洞吃掉了整個宇宙之後,而且其必然會發生的原因!

除了以上情況,如果一個小的黑洞遇到一個巨大的反物質星球,大家知道反物質碰撞到任何物質都會湮滅,質量消失,轉為能量,黑洞吞噬反物質後質量變小,爆炸閾值會變小,同時反物質湮滅釋放出來巨大能量,這時候有可能達到爆炸閾值,就會發生小黑洞爆炸事件,規模遠超所有超新星爆炸,相當於一個縮小版宇宙大爆炸。這個現象值得好好觀測,因為反物質星球也是存在的。只要黑洞爆炸事件被觀測到了,就能驗證本理論。

還有一種可能是,當一個小黑洞正好能量已經吸收到接近閾值的時候,遇到了附近一顆超新星爆發,超新星爆發的能量被黑洞吸收後正好達到閾值,那麼就會引發小黑洞爆炸,其原理有點類似氫彈中核裂變釋放能量觸發核聚變一樣,只不過規模更大了億億倍。

藍巨星爆發或有可能是小黑洞爆炸

極有可能是小黑洞爆炸的事件是ASASSN-15lh,這場特大超新星爆發出現在28億年前,在2015年6月14日的自動化巡天調查中被位於智利的美洲天文臺觀測,捕捉到超新星爆發圖像後的第九天,其亮度達到峰值,是普通超新星爆發的一百倍,最高亮度相當於5700億個太陽。如果這個數字還不能讓您感到吃驚,那麼想像一下,整個銀河系千億顆恆星的總亮度也不過是它亮度的二十分之一。它劇烈爆發所產生的拋射物中探測不到宇宙中含量最為豐富的氫元素和氦元素。除了爆發強度驚人外,它的溫度也遠高於其他極亮超新星。前五十天釋放了1.1×10的45次方焦耳能量。而且第九十天開始再次變亮,發出藍光和紫外光,成為一顆藍巨星,持續到120天。目前的超新星理論無法對它的爆發機制和能量來源給予令人滿意的解釋。眾所周知,像太陽這樣的恆星,到了流浪地球的晚期會爆發成為紅巨星,然後因為質量小會塌陷成為白矮星。比太陽大1.44倍以上的會塌陷為中子星,比太陽大七倍以上的才會塌陷為黑洞。任何再大的恆星爆炸也無法達到ASASSN這麼大的能量,而中子星又缺少能支撐爆炸的能量,尤其大恆星生命後期爆發後能量耗盡,要麼變成中子星(包括磁星),要麼變成黑洞,絕對不可能再次變亮,這基本上肯定是一起小黑洞爆炸事件,值得深入研究和分析。

藍巨星ASASSN爆發為什麼是藍色的呢?

該藍巨星再發光的時候是藍色的,尤其以紫外線為主,這和常見的紅巨星截然不同,說明它們很可能屬於不同現象。

經過思考,我認為唯一可能是該藍巨星是黑洞爆炸的結果。很可能第一次爆炸是普通超新星爆炸,但是超新星爆炸給附近的小黑洞提供了足夠能量,正好引爆了黑洞爆炸引起了再發光。前文已經指出,小黑洞爆炸會產生微型的宇宙大爆炸,而宇宙大爆炸的特徵就是空間膨脹,在黑洞爆炸的巨大能量推動下,空間發生了快速膨脹,但是由於該巨星離我們28億光年,因此以地球為視角,它所產生的空間膨脹是朝我們方向過來的,這樣該空間所有物質都高速(接近光速)飛向我們,造成了「藍移」,因此就變藍了。而藍移的公式很現成,就是都卜勒效應公式。如果有詳細的藍移數據,我們可以推算出這次大爆炸導致的空間膨脹速度。

除此之外,黑洞裡本來就沒有氫和氦,因此觀測不到這兩個元素很正常,但是普通超新星爆發必然會有豐富的氫和氦。

因此,藍巨星ASASSN爆發很可能正好驗證了本文的理論

科普:紅移、藍移與都卜勒效應

再科普一下紅移與藍移概念:是由光的都卜勒效應造成的。當你用望遠鏡觀察一個高速遠離地球的天體時,它的光譜(說白了就是顏色)就要向紅色方向移動,就是紅移;當觀察一個高速靠近地球的天體時,它的光譜就要向藍色方向移動,就是藍移。

都卜勒效應主要內容為物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產生變化。在運動的波源前面,波被壓縮,波長變得較短,頻率變得較高(藍移blue shift);在運動的波源後面時,會產生相反的效應。波長變得較長,頻率變得較低(紅移red shift);波源的速度越高,所產生的效應越大。根據波紅(藍)移的程度,可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。

根據光譜的藍移,使用都卜勒效應公式就可以計算出光源的速度,也就是本次爆炸所產生的空間膨脹的速度。

誰擁有數據呢?

資料顯示,美國的Peter Brown及其同事通過利用美國宇航局斯威夫特探測器和哈勃太空望遠鏡提供的數據詳細地研究了ASASSN-15lh。如果沒有斯威夫特探測器就無法完成這次檢測,因為ASASSN再發光主要都是紫外光。光學觀測得到的只是一定的可見光波長範圍,這對ASASSN-15lh來說將錯失大部分的通量和清晰的再發光。哈勃和斯威夫特是唯一能獲得紫外光譜的望遠鏡。紫外光譜只能在太空中觀測到,因此地面的天文望遠鏡都觀測不到。希望能夠接觸到那些具體數據的科學家能夠按照新理論進行分析計算一下。

黑洞爆炸的原理

前文已經指出,當黑洞吸收的能量達到閾值的時候,黑洞會出現爆炸,那麼原理是什麼呢?

黑洞裡的物質結構之所以塌陷,是因為物質能量低而引力超級大,但是當黑洞物質吸收到足夠能量後,物質就會有向外飛行的趨勢,就好比一個被鐵鏈綁得死死的怪獸,當怪獸吸收了足夠能量,它終於有能量衝破鐵鏈的約束,飛向外面。

能量造成向外運動趨勢,我給取個名字,叫膨脹力。我們生活中的幾乎所有動力都是由膨脹力產生的,比如汽油發動機,就是燃燒汽油造成油氣膨脹推動馬達運轉,最早的蒸汽機也是燒鍋爐導致蒸汽膨脹產生運動,而核電站是核裂變釋放熱量加熱水產生蒸汽,也是通過蒸汽膨脹來實現動力。科學家們總結了四種作用力,其中有萬有引力、電磁力、強作用和弱作用力,卻沒有膨脹力,但是膨脹力卻是客觀存在的,熱脹冷縮,只要加熱就必然發生膨脹。膨脹力被長期忽視了,實在是不應該,舉個例子,火藥點燃會爆炸,肯定也是力推動四分五裂,但是這個力肯定不是電磁力,也和萬有引力、強作用、弱作用沒什麼關係,而是化學反應釋放熱能,熱能導致分子、原子劇烈運動產生熱膨脹,膨脹力導致。

同理,黑洞的物質不斷吸收能量,必然也會產生膨脹力,當膨脹力大於引力,就會導致黑洞一部分物質飛離黑洞。

一旦一部分黑洞物質飛向外面,那麼黑洞中心的質量就減少,引力也就減少,相當於鐵鏈越來越鬆了,那麼在膨脹力作用下越來越多的物質就會飛向外空,導致黑洞中心的引力會急劇減少,這樣黑洞吞噬了幾億年到幾百億年,甚至幾千億年的物質失去引力約束,在膨脹力作用下瞬間都彈射出去,也就產生了所謂「空間膨脹」。黑洞質量越大,大爆炸的時候膨脹速度就越快。而且由於黑洞中心的質量不斷減少,引力也急劇下降,膨脹速度確實會越來越快,與我們現在觀測到的宇宙膨脹加速進行是一致的。

而這些物質都是實體,它們在真空中的相對速度是可以超過光速的,光無法超過光速是因為光是一種波,也就是電磁波,速度受制於介質,等於頻率乘波長。聲波也是一種波,速度也同樣受制於介質,但是以超聲波速度運動的飛彈飛機都不少了。

實際上超過光速的現象很多,比如海水中,光就不是最快的,因為海水裡的光速下降了很多,只有22.5萬公裡/秒,而大海裡的中微子就不受海水影響,仍然以接近真空中光速運動,也就是比光速快了7萬公裡/秒。可見實體超過光速的現象其實是存在的。

實體速度超過光速,在宇宙中比比皆是,比如宇宙才誕生138億年,而宇宙直徑已經900億光年,大多數星體都以超過光速相對飛行,甚至宇宙的原點,也就是宇宙大爆炸的起點,我們也永遠看不到,因為根據哈勃定律v=H0*d,超過134億光年已經遠離速度達到光速,而宇宙原點離我們已經138億光年,因此銀河系正以超過光速遠離宇宙原點,宇宙原點發出的光離我們只會越來越遠,只是我們思維受制於相對論,不敢承認運動可以超過光速而已

除此以外,類星體的超光速膨脹(superluminalexpansion)也表明,有時候類星體以超過光速向我們靠近。

根據相對論,速度接近光速質量會變無窮大,這個公式看起來也是不符合事實的。

暗能量

科學家們為了解釋宇宙加速膨脹,引進了暗能量概念。暗能量均勻地充滿了整個宇宙,密度很小,只有10⁻²⁹g/cm3,因而我們的設備幾乎沒有可能直接發現它。除了均勻之外,暗能量的另一種性質是具有負壓,也可稱為排斥性的萬有引力,造成宇宙時空整體被「吹漲」,從而形成加速膨脹。

暗能量存在的觀測證據除了1998年對Ia型超新星的測量外,還包括引力透鏡、微波背景輻射、WiggleZ計劃對銀河系附近20萬個星系紅移量的測量以及光子通過引力勢阱時的薩克斯-瓦福效應等。2013年,普朗克衛星測量表明,宇宙由68.3%的暗能量、26.8%的暗物質、及4.9%的正常物質組成。

目前關於暗能量的理論非常多,目前還沒有定論,不過,暗能量和我們所說的膨脹力很契合,都是斥力,也就是讓宇宙膨脹的力。

類星體

1960年,科學家們陸續發現了類星體,類星體的發光能力極強,遠比普通星系強數千百倍,因此類星體又有「宇宙燈塔」的稱號。更令人感到吃驚的是,類星體的體積都非常小,甚至有的類星體直徑不足普通星系的十萬分之一,甚至百萬分之一。 那麼為何這麼小的體積內會擁有這麼強大啊能量?這個問題至今困擾著科學界,各種說法接踵而來,有科學家認為其能量來源於超新星的大爆炸,並猜測其體內每天都有超新星爆炸,因此,持這種說法的科學家認為類星體中心有一個可怕而且巨大的黑洞。

當然,這並不是最令人感到吃驚的,更令人感到吃驚的是,經過研究表明類星體的速度居然超越了人類現在所能發現的光速。這個發現來源於那顆最亮的類星體「3C273」,通過不斷觀察發現,在其內部有兩個輻射源,並且它們還在逐漸分離,分離的速度是驚人的,可以達到每秒二百八十八萬公裡,要知道,這種速度是光速的9.6倍。其亮度更是高的驚人,是太陽的四萬億倍,而且也偏藍

根據本文理論,類星體很可能就是黑洞爆炸形成的,滿足了體積小、能量大、膨脹速度快(甚至超過光速)三個要點。

宇宙膨脹悖論

很多人認為宇宙膨脹會一直加速下去,這樣整個宇宙最終會變成死寂的世界。其實這個也是個悖論,假如宇宙膨脹會一直持續,不會逆轉,那麼經過無數多的時間,現在宇宙應該已經進入死寂了,但是我們的宇宙仍然生機蓬勃,這個就是宇宙膨脹悖論

凡是有悖論的則必然不是真相,因此宇宙膨脹必然會發生逆轉,也就是會存在宇宙收縮

宇宙收縮

根據前文推理,宇宙膨脹必然會隨後發生宇宙收縮,這是為什麼呢?

這是因為宇宙膨脹是在宇宙奇點超級黑洞吸收了足夠能量後,膨脹力超過了萬有引力,導致發生宇宙大爆炸。

宇宙膨脹的過程中,膨脹力本身在做功,功就是消耗能量的。大家肯定記得,功等於力乘以作用距離,宇宙膨脹過程中作用距離越來越大,那麼功就越來越大,根據能量守恆定律,必然要消耗同等的能量,因此宇宙的能量也被膨脹所消耗了很多。

再加上包括太陽之內的各種恆星都不斷燃燒,釋放掉各種能量,宇宙的能量進一步被釋放掉。

而膨脹力與宇宙的能量成正比,這是我推導出來的另外一個假設公式:

Fe = KEu

其中Fe就是膨脹力,e代表膨脹,Eu是宇宙能量,u代表宇宙universe,K是宇宙膨脹力係數。

當宇宙能量越來越少的時候,膨脹力也越來越小。最終,膨脹力會低於宇宙中心的萬有引力,宇宙就開始進入宇宙收縮階段了。那時候,各個星系的大恆星們都已經燃燒完,很多變為黑洞,黑洞與黑洞互相吞噬,再加上被宇宙中心所吸引,整個宇宙發生逆轉,開始宇宙收縮。宇宙收縮的最終結果,就是宇宙中心的一個超級大黑洞吞噬了整個宇宙,回到了奇點,這個就是宇宙奇點的來源。之後奇點不斷吸收宇宙中能量,重新開始大爆炸。

總結:

本文指出了黑洞悖論以及宇宙大爆炸悖論,這些是相對論無法解釋的,進而重新解釋了黑洞中光無法逃逸的原因,是因為光的傳遞速度變得奇慢且黑洞介質吸收能力強。本文對星光實驗進行了新的解釋,並指出相對論無法解釋為什麼日全食的時候太陽邊上星星和光線會變紅。本文進一步重新解釋了宇宙大爆炸的起因,並預言宇宙最終又會被一個超大黑洞所吞噬,其史瓦西半徑正好與目前可測宇宙半徑一樣大,並且在吸收足夠能量後會再次發生宇宙大爆炸。此外還預言了小黑洞和反物質星球碰撞會發生小黑洞爆炸現象,小黑洞附近超新星爆發也有可能觸發小黑洞爆炸,並找到了很可能與之對應的藍巨星ASASSN爆發!並且能量巨大的類星體唯一能解釋的能量來源就是黑洞爆炸。此外,還推論,實體運動速度是可以超過光速的。同時,認為「膨脹力」(量子力學也可能稱之為暗能量的斥力)作為第五種力,值得深入研究,是宇宙大爆炸的原動力。

最終,又推導出宇宙膨脹會隨後發生宇宙收縮。

根據本文分析,之前大家認為黑洞、宇宙大爆炸、星光實驗、引力透鏡都是相對論的驗證證據,現在經過再度深入研究,發現他們反而成為相對論的否定證據!

要知道真相都存在於細節中,任何一個無法解釋的矛盾就說明這個理論多半就不對。

路平說說:

其實有一些答主已經答得相當專業也相當好了。我就來簡單講講我的看法。

牛頓的萬有引力定律

很多人對於引力的觀念其實還停留在牛頓的萬有引力定律上,在這個牛頓理論中,有個上過高中物理課的人都熟悉的萬有引力公式:

但是牛頓得出這樣的公式看起來很簡潔。實際上,很少人會在意牛頓其實做了一個假設:時空是平直的。這也常常被我們叫做絕對的時空觀,或者機械時空觀。

愛因斯坦的廣義相對論

但是後來,愛因斯坦提出了不同的看法,它認為時空並不是平直的,而是可以彎曲的。

地球之所以繞著太陽轉,不是太陽拽著地球在轉,而是因為太陽壓彎了時空,地球沿著測地線在運動。所以在愛因斯坦的體系裡,引力的本質是時空的彎曲。

也就是說,任何的物質都是沿著測地線在運動,如果時空被壓彎了,沿著測地線的運動路徑就很可能是彎的。光也不例外,他也要沿著測地線運動,如果它經過大質量的天體,天體壓彎了時空,那光的運動方向也是彎曲的。

而黑洞呢?它的質量一般都很大,時空會被黑洞嚴重彎曲。

所以光經過黑洞附近時,就會被向內彎曲,而無法逃離黑洞,從觀測者的角度來看,就好像被黑洞吸走了一樣。

從逃逸速度來理解

當然,以上都是原理的簡單描述。其實我們還可以換個角度去思考。

其實我們都知道的第一宇宙速度,第二宇宙速度什麼的,這其實是在說逃離一個天體的最低速度。其中我們常念叨的第二宇宙速度就是擺脫地球引力的最低速度。第三宇宙速度就是擺脫太陽系的最低速度。這個速度我們也可以叫做逃逸速度

科學家其實就有在思考一個問題,要知道物質、信息、能量的最快速度其實是光速,那有沒有可能存在一種天體,它的逃逸速度就是光速呢?

其實這個問題從牛頓時代就有人開始考慮了,拉普拉斯甚至把這個天體命名為暗星。不過真的做出預測的科學家是史瓦西,通過愛因斯坦的廣義相對論引力場方程預測的。而其中史瓦西半徑指的就是光不能逃離的天體半徑。

推子說:

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。

其次黑洞之所以能吞噬光子,是因為黑洞的引力太大,而愛因斯坦告訴我們,引力實際上是時空彎曲的一種體現,簡單的說由於黑洞的質量太大了,導致周圍的時空發生了難以想像的扭曲。

當光來到黑洞周圍的時候,由於前進的路變彎曲了,它就只能彎曲的路走進黑洞裡面,於是就再也出不來了。

另外再說說黑洞的問題,黑洞確實是一種可怕的天體,甚至有些觀點認為,黑洞將吞噬宇宙中的一切,但這個想法恐怕不太對。

黑洞從本質上來說仍然是一種天體,既然是天體就不可能永遠存在下去,在微觀的宇宙環境當中,正粒子和負粒子會不斷的誕生出來,這些正粒子和負粒子又會在很短時間內互相湮滅。

但如果有一對粒子出現在黑洞周圍,就可能導致其中一個粒子掉入黑洞,例如當負粒子掉進黑洞的時候,對應的正粒子就失去了湮滅的對象,於是它就從虛粒子變成實粒子。

這個過程就好像正粒子從黑洞吸收了能量,導致它可以光明正大的出現在宇宙當中,所以黑洞質量自然而然就出現了損失,最後也就慢慢的消失了…..

時空通訊說:

這個問題可以用兩個理論來解釋。

一個是光子沒有靜止質量看,但有動質量。

光子是電磁輻射的載體,是電磁相互作用的媒介子,其靜止質量為零,但光子一出生就是以光速運動的,其具有能量、動量、質量。

二是根據愛因斯坦相對論,引力的本質是質量對周邊時空的擾動,是對時空的扭曲。凡有質量得物體都會有這種擾動,但小質量物體擾動不明顯,難以察覺,大質量天體的擾動就比較明顯了。

大質量天體對時空的扭曲表現為對周邊時空造成漩渦或者陷阱,任何小質量物體經過大質量物體引力場時都會受到牽制,包括光線,也只能隨著其時空陷阱或者漩渦的曲線經過。

這兩個理論都可以說明黑洞把光吸住了,揪住它不讓它逃脫是一個很合理的事情,一點都不矛盾。

黑洞的引力場影響並不是無限的,是有距離限制的。只是在其史瓦西半徑裡才能夠達到無限大,才能夠鎖住光線。

光子既然有動量質量,當然會被這個無限大的引力場所影響並被其鎖在自己的勢力範圍。

黑洞的引力場把周邊時空無限扭曲,形成一個向內向無限小的奇點墜落的螺旋狀漩渦,光線一旦進入了這個場中,就只有順著這個螺旋形漩渦墜落,無限的墜落到那個奇點深處,這是一個很必然的事情,沒有什麼矛盾。

這就是黑洞能夠把光吸住的原因,歡迎共同討論。

時空通訊原創版權,請勿侵權,感謝理解支持。

想法捕手說:

僅僅以牛頓的萬有引力來看確實會存在矛盾,這也是為什麼會出現愛因斯坦相對論的原因。這個問題只有通過廣義相對論才能得到比較完美的解釋。

第一種解釋:光子沒有靜質量,卻有動質量。

我們知道光具有能量,將光的能量代入愛因斯坦的質能方程:E=MC²中換算,就能得到一個質量值,但我們知道光沒有質量,所以這個質量稱為光的「動質量

動質量是只有在高速運動中才會用到的物理量,體現了愛因斯坦提出的「質能」概念,即能量和質量是一體的。

我們傳統認知中,質量是一個內稟屬性,不會因為環境的變化而變。比如地球上600克質量的物體,到月球上雖然會變得只有100克重,但還是600克的質量。重力會變,但質量不變。

但在相對論的體系下,愛因斯坦提出物體相對於另一物體的相對速度不同時,其對於另一物體的相對質量也不同。質量成為一個會隨運動狀態改變而改變的變量,為了區別傳統的質量認知,於是有了「靜質量」與「動質量」之分。

同時這個動質量概念也能解釋有質量的物體為什麼不能超過光速。物體加速就需要獲得動能,動能越來越大,意味著物體的動質量將隨著速度的增大而增大。當物體速度接近光速時,它的動質量將趨於無窮大,所以靜質量不為0的物體不可能達到光速

因為光有動質量,所以黑洞能吸收光也就不那麼難理解了,但這個解釋其實並不完美,還不夠直接。

第二種解釋:所謂的引力只是時空扭曲。

廣義相對論把引力用簡單的空間幾何概念詮釋了。在愛因斯坦看來根本沒有什麼引力,所謂的引力實際上是大質量天體對時空的扭曲。

宇宙中一切物體都在時空中運動,包括光。時空並非是平直的,它們會被巨大的質量所扭曲,扭曲的時空為大質量的天體產生了引力的效應。

實際上所以的天體都在宇宙中進行著「勻速直線運動」,或準確地說按空間的測地線(也叫短程線)運行。

地球圍繞太陽轉,是因為太陽的質量將它周圍的時空扭曲了,地球運行的測地線剛好被近似扭曲成了一個圈,就是地球的公轉軌道。

而黑洞巨大的質量會把時空以難以想像的形式嚴重扭曲,在它的史瓦希半徑,即事件視界內,所有的測地線都向中心的奇點扭曲,並無限延伸。進入這一區域的光,由於時空的改變,會向黑洞中心無限「下墜」(這裡說的「下墜」是指垂直於三維的第四空間維度)。

咋看上去,就像光被黑洞吸收了。實際上光還在自己的軌道上運動,就像地球自行圍繞太陽轉一樣。

上圖只是一個近似的平面概念圖,並不是真正的扭曲狀態。

以時空扭曲來理解光被黑洞吸收更加簡單,同時還能詮釋引力之下的「時間膨脹」效應,即引力越大時間流速越慢。

總結

正如惠勒所言:「物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。」物質與時空相互成就,也相互束縛。

黑洞代表了這個宇宙時空彎曲的極限,光代表了這個宇宙物質運動的極限。

我們站在黑洞外面看,黑洞似乎將一切吸收。如果站在黑洞中心看,一切都將會急速與我們遠離,就像宇宙膨脹一樣。

歡迎關注@想法捕手,讀科學,聊宇宙。

太空科學站說:

在人類物理學中有兩套關於引力的理論,分別是牛頓的萬有引力定律和愛因斯坦的廣義相對論,在解決宏觀低速運動條件下的問題時,使用萬有引力定律就能得到想要的答案。而一旦需要解決接近光速或者強引力場下的問題,就需要用到愛因斯坦的廣義相對論。

在牛頓的萬有引力定律下科學家雖然也曾推斷出類似於黑洞的「暗星」,但由於萬有引力的局限性該「暗星」最後不了了之了,直到20世紀初愛因斯坦意識到萬有引力定律在近光速強引力場下失效的並創立廣義相對論以後,德國人卡爾.史瓦西才從引力場方程中得到了最初的「史瓦西黑洞」

根據廣義相對論,光子的靜止質量雖然為0但由於光子不可能靜止,因此每秒三十萬公裡的的光子其實還是有動質量的,這說明光子也會受到黑洞強引力場的影響。

黑洞強大的引力只是扭曲了周圍一小片時空,光速飛行的光子一旦到達這一片時空馬上就會因為自身存在的動質量而被黑洞吞噬,從此向著奇點作永恆墜落。

大質量恆星可以偏轉後方恆星的光路,這是在日全食時早已證實了的,其本質就是廣義相對論中的時空扭曲,因為扭曲所以光會偏轉,而黑洞就是時間扭曲到極致後的產物,因此光被困在裡面出不來也就不奇怪了。

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作者: 瓦要問答

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