为什么光逃离不了黑洞所谓的光不能逃逸是指的光作抛物线运动,然而用地球为离,逃逸速度为7.9千米/秒,但是如果不作抛物线运动,一个...
为什么光逃离不了黑洞
所以黑洞也不是绝对不能逃逸(假设黑洞内部为3维空间维度的话),只要加速度大于黑洞的重力加速度,并且垂直黑洞上升,即可逃出黑洞。在《三体》中,利用反物质引擎逃出低光速区(黑洞)就是这个原理。
另外,光速是恒定不变的,不受加速度的影响,所以只要光垂直黑洞表面向外逃逸,即可逃出黑洞引力(假设黑洞内部为3维空间维度),所谓的光不能逃逸出黑洞只是对于一般平民而言,也并非绝对的(还是要假设黑洞内部为3维空间维度,黑洞的视界界线附近会释放大量X射线跟一切伽玛射线跟极少的其他射线,目前物理学界推测是物质被吸入黑洞前释放,不过我认为,不能排除部分为黑洞内部垂直逃逸出的光)。
光可以在黑洞中逃脱吗?为什么?
简单了解,由于黑洞的引力是在太大了,任何物体都逃脱不了它的引力,连光也不例外。也能够这样了解,黑洞的逃逸速度超越光速,所以光也不能从黑洞中逃脱。只要“超光速”才干逃脱黑洞引力,但在我们的四维时空中,不存在超光速的物体。依据广义相对论,没有什么东西能够行进的比光还快,这样的话,假如连光都逃逸不出来的话,其他东西更不可能逃逸出来。一切东西都会被引力场拉回去。光和任何东西都不能逃逸的区域,我们称为黑洞。
依照广义相对论的诠释,引力的实质就是时空弯曲,由于黑洞能把时空结果拉伸到极致,光线传播其实也是沿着弯曲的时空传播的,当光线传播到被拉伸到极致的时空构造中时,光线要想逃脱出来就需求无量多时间,这显然是不可能的。由于恒星的引力场改动了光线在时空中行驶的途径,使之和假如没有恒星状况下的途径不一样。也就是说恒星的引力改动了光的途径,要是在黑洞这样质量十分大的星体上,光是不可能跑出来的,而是被黑洞的引力吸了回去。
黑洞,是广义相对论预测出来的十分诡异的天体,之后也被天文学家们肯定真的存在宇宙中,同时黑洞照片也被拍摄出来,愈加证明了广义相对论的正确性。
黑洞都存在“事情视界”,只需我们不越过事情视界,同时坚持速度足够快,就能够逃脱黑洞的强大引力,而一旦抵达或者越过事情视界,结果只要“有去无回”,被黑洞吞噬,彻底成为黑洞的一局部。至于黑洞内部到底是什么状况,目前人类并不晓得,由于事情视界就是我们能认知的极限,一旦越过界线,人类不断的一切大自然规律都将失效,我们只能去想象猜想黑洞内部可能的状况。
实质上,黑洞也是一种天体,只不过是引力极大的天体,没有任何物质能逃脱的天体,把地球紧缩到直径9毫米的大小也能够变成一个黑洞!
为什么光逃脱不了黑洞?
因为黑洞是不可见的,所以有人一直置疑,黑洞是否真的存在。如果真的存在,它们到底在哪里?
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩,发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止,被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下,由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去,中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末,剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。任何靠近它的物体都会被它吸进去,黑洞就变得像真空吸尘器一样
为了理解黑洞的动力学和理解它们是怎样使内部的所有事物逃不出边界,我们需要讨论广义相对论。广义相对论是爱因斯坦创建的引力学说,适用于行星、恒星,也适用于黑洞。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说,说明空间和时间是怎样因大质量物体的存在而发生畸变。简言之,广义相对论说物质弯曲了空间,而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。
让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先,考虑时间(空间的三维是长、宽、高)是现实世界中的第四维(虽然难于在平常的三个方向之外再画出一个方向,但我们可以尽力去想象)。其次,考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。
爱因斯坦的学说认为质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上放一块大石头来说明这一情景:石头的重量使得绷紧了的床面稍微下沉了一些,虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的,但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更多的石块,则将产生更大的效果,使床面下沉得更多。事实上,石头越多,弹簧床面弯曲得越厉害。
同样的道理,宇宙中的大质量物体会使宇宙结构发生畸变。正如10块石头比1块石头使弹簧床面弯曲得更厉害一样,质量比太阳大得多的天体比等于或小于一个太阳质量的天体使空间弯曲得厉害得多。
如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动,它将沿直线前进。反之,如果它经过一个下凹的地方 ,则它的路径呈弧形。同理,天体穿行时空的平坦区域时继续沿直线前进,而那些穿越弯曲区域的天体将沿弯曲的轨迹前进。
现在再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的石头代表密度极大的黑洞。自然,石头将大大地影响床面,不仅会使其表面弯曲下陷,还可能使床面发生断裂。类似的情形同样可以宇宙出现,若宇宙中存在黑洞,则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂叫做时空的奇异性或奇点。
现在我们来看看为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球,会掉进大石头形成的深洞一样,一个经过黑洞的物体也会被其引力陷阱所捕获。而且,若要挽救运气不佳的物体需要无穷大的能量。
我们已经说过,没有任何能进入黑洞而再逃离它的东西。但科学家认为黑洞会缓慢地释放其能量。著名的英国物理学家霍金在1974年证明黑洞有一个不为零的温度,有一个比其周围环境要高一些的温度。依照物理学原理,一切比其周围温度高的物体都要释放出热量,同样黑洞也不例外。一个黑洞会持续几百万万亿年散发能量,黑洞释放能量称为:霍金辐射。黑洞散尽所有能量就会消失。
处于时间与空间之间的黑洞,使时间放慢脚步,使空间变得有弹性,同时吞进所有经过它的一切。1969年,美国物理学家约翰 阿提 惠勒将这种贪得无厌的空间命名为“黑洞”。
我们都知道因为黑洞不能反射光,所以看不见。在我们的脑海中黑洞可能是遥远而又漆黑的。但英国著名物理学家霍金认为黑洞并不如大多数人想象中那样黑。通过科学家的观测,黑洞周围存在辐射,而且很可能来自于黑洞,也就是说,黑洞可能并没有想象中那样黑。
霍金指出黑洞的放射性物质来源是一种实粒子,这些粒子在太空中成对产生,不遵从通常的物理定律。而且这些粒子发生碰撞后,有的就会消失在茫茫太空中。一般说来,可能直到这些粒子消失时,我们都未曾有机会看到它们。
霍金还指出,黑洞产生的同时,实粒子就会相应成对出现。其中一个实粒子会被吸进黑洞中,另一个则会逃逸,一束逃逸的实粒子看起来就像光子一样。对观察者而言,看到逃逸的实粒子就感觉是看到来自黑洞中的射线一样。
所以,引用霍金的话就是“黑洞并没有想象中的那样黑”,它实际上还发散出大量的光子。
根据爱因斯坦的能量与质量守恒定律。当物体失去能量时,同时也会失去质量。黑洞同样遵从能量与质量守恒定律,当黑洞失去能量时,黑洞也就不存在了。霍金预言,黑洞消失的一瞬间会产生剧烈的爆炸,释放出的能量相当于数百万颗氢弹的能量。
但你不要满怀期望地抬起头,以为会看到一场烟花表演。事实上,黑洞爆炸后,释放的能量非常大,很有可能对身体是有害的。而且,能量释放的时间也非常长,有的会超过100亿至200亿年,比我们宇宙的历史还长,而彻底散尽能量则需要数万亿年的时间
很多人说光没有质量,但事实上它不是很精确。事实上,应该说光没有静态质量,只有动态质量。在这个问题上,爱因斯坦提到了狭义相对论中质量和能量的等价性。他认为质量和能量实际上是同一件事,一件事的两个方面。
此外,我们可以用质量能量方程E=MC^2来做转换器。让我们举个例子来说明我们可以把你所有的现金作为一个整体。质量和能源是美元和人民币之间的关系。你有多少钱,事实上,与你手里是美元还是人民币无关。即使你们都换成了人民币,你们的人民币实际上相当于一定数量的美元。通过改变这个转换关系,我们称之为汇率,在质能方程中实际上是C^2。
很多人喜欢称它为纯能量,但它真的没有质量吗?根据刚才的例子,你不难发现光也应该有质量,也就是说能量来自C^2。牛顿引力定律。既然光有质量,就可以用牛顿引力定律。根据万有引力公式,我们知道重力与质量成正比,与两物体之间距离的平方成反比。牛顿理论准确地描述了宏观低速的物理现象。
不仅如此,这一理论还可以预测许多经过数学家神化的天文现象,如哈雷彗星的周期和海王星的位置。当牛顿在思考这个理论时,有一个著名的思想实验叫牛顿大炮。他认为,如果一枚炮弹升到某个位置并释放出来,它就会掉到地上。
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