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  • 1 # 秘境天門

    目前對黑洞的研究還是起步階段,很多東西無法解析,光到了黑洞內部後,不能用現有的物理定律解釋,因為到了黑洞內部連時間空間這些基本的物理概念都失去意義,更不用說能量和物質了,但理論上根據熵守恆,光子攜帶的資訊留在了黑洞的視界表面,它的能量物質消失在黑洞裡。

  • 2 # 郭哥聊科學

    感謝題主貢獻的這麼高調、有內涵的問題。

    先來回答您的問題吧:光速不變。讓我們一起來看看,一束光從靠近黑洞到進入黑洞之後將發生哪些有趣的故事。為了簡化回答,我們下面淘來的黑洞都是完全球對稱的史瓦西黑洞。

    首先,為了解答這個問題,我們需要來了解一下黑洞的一些性質。

    就如這些天隨著人類首張黑洞照片科普的那樣,想必小夥伴們對黑洞的知識也已經有了一個大概的瞭解。黑洞就是那種質量超級大、引力超級強大的一種天體。它是恆星演化的一個階段性產物,所以黑洞並不是恆星的屍體,黑洞也在繼續演化,並且煥發著強大的生命力。黑洞的引力作用效果,其實跟你我們並沒有什麼不同,只是因為黑洞的引力強大,這種效果作用明顯。你我的質量太小,這種作用效果就微乎其微罷了。

    其次,我們還需要了解一下光的簡單性質。

    量子力學關於光的解答是比較全面的,光具有波粒二象性。對於不同波長的光來說,它們的波動性隨著波長的增加而增加、粒子性隨著波長的增加而減少。換句話說,就是頻率越高、粒子性越明顯,波動性越弱。同時,光速在真空中的速度保持不變。這就是光性質的基本描述。

    第三,光線從遠處接近黑洞視界的過程中發生的變化。

    當一束光在靠近黑洞的過程中,它的波長會在引力場的作用下不斷的變短,這就是我們說的藍移現象。在藍移過程中,光的頻率增加E=hv,E是光子的能量,h是普朗克常數,v是光的頻率。在這個過程中光速不變,但是光子的能量是在增加的,我們可以看做是重力勢能轉化為光子的能量。

    第四、有一個特殊位置,老郭在這裡必須要跟各位小夥伴提一下。那就是引力半徑(視界半徑)1.5倍的位置。

    這個位置之所以這麼特殊,是因為如果光線入射黑洞的時候,是沿著跟這個半徑形成的球面相切的方向的話,就會形成一個光球。也就是說,這個角度的光不會落入黑洞,而是圍繞著黑洞做勻速圓周運動。

    而其它,任何方向進入這個光球內的光會發生一個奇怪的現象,就是頻率增加提速,如果是有靜止質量的粒子,我們會觀察到,它們的離心力方向向變成了指向黑洞質心的方向。所以,所有進入這個區域的粒子,除了光子以外,都會加速落入黑洞。

    第五、光線在黑洞視介面上和內部會發生怎麼樣的情況。

    其實跟前面的類似,這是因為不同波長的光在靠近黑洞最後的頻率增加不一樣。所以也沒辦法具體去談它們最後的形態。但是這個面是這麼的特殊,它是一個時空座標的轉換面,在這個面上,時間變成了無窮大,空間變成了一個二維的球面。

    我們可以想象一下有可能發生在這個面以及這個面內部的光子行為。光子在這裡有可能長期存在,一直在這個面上做運動,頻率緩慢的增加。頻率增加到一個上限之後,它會變成一個實體的粒子,然後衰變成更多的光子,如此往復,一直到最後落入黑洞奇點。

    總結,光在靠近黑洞以及進入黑洞直到落入奇點的過程中,光速不變,頻率增加、變成粒子、分裂成更多光子,這樣一個迴圈往復的過程。但是一旦進入黑洞,時間就變得非常漫長。這個時間跟黑洞本身的質量有關,質量越大的黑洞,物質最後落入奇點需要的時間越長。

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