:光子没有质量为什么会被黑洞吸引?

从古至今 , 人类都对于天文学十分热衷 , 向往着星辰大海 。天文学这个学科也应该说是起源的最早的学科之一 。而在宇宙当中 , 存在着大量奇葩的天体 。其中 , 最神秘的天体当属黑洞了 。黑洞直到上世纪的60、70年代才被发现 。起初 , 很多人还不认可黑洞的存在 。后来随着观测到的黑洞越来越多 , 才被认可 , 如今我们知道 , 大多数的星系中心都有一个大质量的黑洞 。
而黑洞最让感到神奇的是:光都无法摆脱黑洞 。为什么其他天体不会这样 , 而黑洞可以做得到呢?
其实 , 还有一点很奇怪 , 我们根据牛顿的万有引力定律可以知道 , 引力和两个物体的质量成正比 , 与两个物体之间的距离的平方成反比 。
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在很多人看来 , 光是没有质量的 , 因如果按照牛顿的万有引力定律来理解这个现象 , 好像这一切就是无解的 , 或者说是相互矛盾的 。因此 , 许多人就会有一个疑问:明明光子是没有质量的 , 为什么还会被黑洞所吸引?
今天 , 我们就来聊一聊这个话题 。广义相对论
实际上 , 关于这个问题 , 我们可以从两个角度来思考 , 一个是从目前主流的引力理论 , 另一个则是探讨光子有没有质量?
我们先从主流的引力理论说起 。虽然我们初高中主要学的是牛顿的万有引力定律 , 但如今主流的引力理论是广义相对论 。这个理论的适用范围更广 , 尤其是在强引力场之下 , 牛顿的精度不够 , 而广义相对论依旧很精准 。
爱因斯坦是在1915年发表广义相对论 。他认为根本不存在什么“引力” , 实际上之所以会发生“引力现象” , 是因为时空的弯曲 。
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具体来说就是 , 我们实际上生活在一个四维的时空当中 , 三维的空间和一维的时间 。而月球之所以会绕着地球在转动 , 是因为地球压弯了四维时空 , 这里压弯的原因主要就是质量大 。而月球这是会沿着四维时空的测地线在运动 。这里的测地线你可以理解成是平面上的直线 , 也就是说 , 月球是符合牛顿第一定律在运动的 , 只是我们看它是在转而已 。
对于这个现象 , 著名的物理学惠勒说过有一句非常著名的话来总结 , 这句话就是:时空告诉物质如何运动 , 物质告诉时空如何弯曲 。
实际上 , 地球上的物体会掉到地面上的原因 , 也是同样的道理 。我们知道 , 黑洞是极其致密的天体 , 更重要的是黑洞的质量都极其大 。因此 , 它们会极度扭曲四维时空 。
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而光其实是月球是一样的 , 也是符合牛顿第一定律 。因此 , 光在沿着四维时空的测地线在运动 , 直接进入到了黑洞当中 。而我们看上去 , 其实就好像是光被吸进去的一样 。因此 , 光无论有没有质量 , 结局其实都是一样的 。
所以 , 从广义相对论的角度来看 , 这件事情其实就很好理解了 。
但事实上 , 光是有质量的 , 那具体是咋回事呢?光子到底有没有质量?
1905年 , 爱因斯坦提出了著名的狭义相对论 , 而紧随其后 , 他在当年又补了一篇论文 , 这篇论文被我们称为质能等价 。在这篇论文当中 , 他提出了著名的质能方程 , 同时还统一了质量和能量 , 重新表述了质量和能量的关系 。那具体是咋回事呢?
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