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1 # 瑞雪33804
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2 # 刁博
黑洞附近有強大的引力,物體墜入黑洞時會有一個加速過程,黑洞周圍發光的吸積盤就是物質被捲入黑洞的過程中不斷加速,摩擦釋放電磁輻射的原因。
有一些科普材料是從經典力學的角度去介紹黑洞的,說黑洞附近強大的引力使得其視界處的逃逸速度達到了光速,就連光也逃不出它的引力。這種解釋容易讓人理解黑洞的概念,不過也容易讓人誤以為黑洞能夠對光產生引力作用。
兩個物體之間存在著萬有引力,引力的大小與物體質量的乘積成正比,光子的靜止質量為零,黑洞不可能對其產生引力作用,所以黑洞不會對光子進行加速。並且相對論中還有光速不變原理,也不允許黑洞對光進行加速。
光子逃不出黑洞的視界需要用廣義相對論進行分析。按照廣義相對論,有質量的物體周圍的時空會發生彎曲,並且物體的質量越大越集中,時空的彎曲就越明顯。黑洞的質量非常集中,使得周圍空間的曲率非常大,在黑洞中心處的奇點附近,曲率更是能夠趨近於無窮大。在廣義相對論看來,引力是時空彎曲的外在表現,光沿著曲線運動並非是黑洞對其產生了引力的作用。物質使得空間發生了彎曲,空間指引著物質該怎麼運動。光是沿著直線傳播的,當空間發生彎曲後,連帶著光走的路徑也發生了彎曲,這就使得光不會逃出黑洞的視界。
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3 # j菸嘴
宇宙大爆炸理論認為整個宇宙在加速膨脹!假如整個宇宙是類似於甜甜圈運動時空!你站在地球一眼望去就好比時空在膨脹!但是光子是在繞一個幾十億光年甚至是幾百億光年的運動時空在“傳播”!你的問題也是如此時空既然可以膨脹某些區域也會收縮,一旦光子進入收縮時空之中“隨波逐流”速度就會降低!如果光子進入超光速加速膨脹的時空區域它也就超光速了!也許人類看到的紅移或者藍移就是超光速現象本身!
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4 # 小宇堂
應該說光在真空中的運動速度相對於時空的度規來說是永遠不會改變的,即便是在黑洞附近。
度規的通俗解釋可能是指時空的形狀以及度量這個形狀的座標系(由此建立可計算的量綱體系)。所以,上面一句話可以這麼來說,無論時空是什麼形狀,光速在其中以測地線(兩點間最短的線)運動的速度都是不變的。
這個結論是來自於光速的內涵並不僅僅是光在真空的速度,而實際上是我們時空的內在結構使然。所以時空的內在結構限制了光的傳播速度,而無論時空外在結構是如何被扭曲的。
上圖:史瓦西度規。描述了黑洞周圍時空的形狀和度量的“刻度”,並明確描繪出了時空在這樣的時空中的測地線(點之間的距離是如何定義的)。
光在向黑洞視界的方向行進的過程中,它的速率不會改變這一方是面因為光只是忠實地沿著測地線以光速c運動;而另一方面,因為時空向黑洞奇點凹陷匯聚,這使得時空變得密集了,這種情況等效於空間在向黑洞奇點加速運動,這可以簡單理解為“一個運動(或者流動)的空間就是時空”。黑洞周圍的空間在不斷地向奇點運動,同時跟著運動的還有空間中的一切物質。但空間流動的速度不會超過光速,而且由於光沒有靜態質量,所以似乎光並不受空間流動速度的影響,光仍然獨善其身地按自己的步調穿行。這就像一個人在漫步的人流中奔跑,人流走慢一點還是快一點,對跑步的人來說沒什麼影響。
上圖:黑洞周圍的時空實際上無時無刻不在向內流動,而且是加速流動。對於黑洞外的物體而言,黑洞的中心就是其未來的一部分。而對於黑洞視界及其內部的物體而言,黑洞的中心就是其全部的未來。此刻作為地球上的物質,其未來中只有很小一部分是黑洞。但終究,一切物質的未來都會流入某個黑洞。也就是說,我們不過是在前往某個黑洞的路上。
光在向黑洞視界的方向行進的過程中,改變的只有它的波長但是因為空間在不斷地向一個點匯聚,空間和時間都變得擁擠了,光也不能“免俗”,於是光的波長隨著空間網格的縮小而縮小,於是光變“藍”了,術語稱之為“(引力)藍移”,相當於光子的能量提高了。反之,道理一樣,如果光背向黑洞運動,那麼它會“(引力)紅移”,光子的能量降低了。
上圖:引力紅移和藍移.這可以由多種方式來解釋,時空密度梯度,時間膨脹、強等效原理等等,這些概念在解釋這個現象上都是等效的。還有一種詭異的說法,就是面對引力的加速,光無法改變速度,只好改變波長,增加能量,但不增加速度(好吧,這也算是一種解釋)。
總結光速射向黑洞,不會導致光加速,但會發生藍移,因為:
光速受到時空結構的限制而無法再增長,因此光只好透過改變波長,或者是;
因為時空扭曲變密而看起來波長變小,從而獲得了更高的能量,或者;
因為等效原理,光在引力場下的加速度等效於在時空幾何的密度梯度中像更高密度的位置運動,於是獲得了更高的能量,因而波長變短。
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5 # 時間史
目前在我們宇宙中只有宇宙空間的膨脹和量子糾纏超越了光速 。
其他物質都無法超越光速,因為根據愛因斯坦的質能方程,如果把一個物體加速,那麼這個物體的自身質量就會變大,那麼所需要加速的能量就會越多,所以我們永遠沒有辦法超越光速或者等於光速,這是無解的。而光不一樣,光是沒有靜態質量的,是以一種能量的形式存在的。
光從恆星中產生出來,就開始在宇宙中游蕩,直到被宇宙中吸光的塵埃吸收,或者飛到太陽能板和植物上被吸收。還有就是被黑洞吸收。按照相對論中的引力場論,每個天體周圍都存在一種引力場。
而光就是被黑洞這種強大的引力場扭曲了路徑,因為黑洞質量非常大,扭曲的空間就越嚴重,導致黑洞周圍的光的路徑只是撞向黑洞,而不是逃離黑洞 。小夥伴們一定腦洞大開的想著利用黑洞的引力吸引來使光超越光速。
既然黑洞的引力之大,連光都逃不出來,說明引力對光有作用,愛因斯坦又說過光速是恆定的,那麼光朝著黑洞前進,到達黑洞引力範圍時會不會被加速,或者背離黑洞的光,會不會被黑洞的引力給減速?
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為什麼要產生和黑洞宇宙在這個時間點10,000,000,000光年,是不是黑洞越來越多。太陽系是不是宇宙的過客。