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1 # dadazhu1
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2 # 賽先生科普
這個問題涉及黑洞,我們只需介紹一條定理——黑洞無毛定理,就能解答這個問題。
所謂黑洞無毛,是指對於一個黑洞,外部觀測者能夠對其獲取的屬性資訊只有三條:質量、角動量、電荷,除此之外再無其它屬性可以獲知。
所以說當一束光線或者光子進入黑洞後,就會改變黑洞屬性,至於改變數有多大,這完全取決於光子攜帶的能量以及光子數量。簡單點來說,就比如史瓦西黑洞,如果不斷有物體進入,那麼體現的就是黑洞質量不斷增加,黑洞範圍也相應的變大。
那麼那些進入黑洞的光子又會怎麼樣呢?是可以在其內部自由移動還是什麼呢?還是以史瓦西黑洞為例(黑洞總共有四種,對應於三種屬性的組合,史瓦西黑洞只涉及質量,因此是最適合科普的),它的半徑被稱為史瓦西半徑,與事件視界重合,一旦有物質進入這個距離以內,那麼就再無可能逃出到外部宇宙。
關於逃逸這一點,很多科普文章都是採用萬有引力定律關於宇宙速度的計算來說明的,因為採用萬有引力定律,可以算出黑洞表面的物體想要完全逃離黑洞引力場束縛的最小速度(也就是黑洞的第二宇宙速度)為光速,而光速在狹義相對論中被認為物體運動速度的上限,除了光子等無靜止質量的物質外,沒有物體能夠達到。
但實際上,這樣的說法僅僅是為了降低理解難度,實際上現代的黑洞已經完全不是拉普拉斯口中的暗星那麼簡單了。黑洞是廣義相對論的產物,而關於物體為什麼一旦踏入黑洞內部就再也無法逃出的原因,自然也需要相對論去解釋。
詳細的原因在此不做介紹,簡單來說可以利用時空圖,畫出光錐,會發現在事件視界以內的光錐毫無例外的都面向奇點,因此任何物體都必須向奇點運動,不可阻擋;或者說在史瓦西黑洞內部,時空座標互換了。
總的來說,黑洞吸入光子和吸入其它物質並沒有兩樣,不會因為是光子就會產生一些什麼神奇的事情,畢竟黑洞無毛定理告訴我們黑洞的屬性很單調。
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不是的,黑洞吸收周圍光子的時候光子會被改變方向,根據光子執行方向有的會被黑洞的引力捕獲或變成一個高速執行的衛星光子,或者有的光子在環繞黑洞告訴執行的過程中逐漸靠近黑洞的空間被黑洞吸收。因為光子不可能能直接從黑洞中心垂直射出來(黑洞不發光的),所以不存在光子直接被黑洞沿著垂直角度吸收的所謂“超光速”。