光没有质量,为什么会被黑洞吸进去?

天体的质量越大,引力坍缩的作用就越强,内部相互挤压,物质向内收缩。当质量足够大,内部高温高压下就会触发核聚变,向外辐射能量来抵抗天体向内收缩。当核聚变的燃料用尽,恒星就会继续收缩。

光没有质量,黑洞为什么可以吸住光?光并不是被黑洞吸进去的,而是自己走进的。

关于引力,目前有两种描述:

(1)牛顿经典物理,万有引力

(2)爱因斯坦广义相对论,时空几何

牛顿万有引力,被黑洞“吞噬”的光

宇宙质量为王,想要成为黑洞需要足够的大的质量,除此之外还有另外一个关键因素:密度。演变成黑洞的恒星质量比黑洞还大,但它却无法把光吸进去,因为它体积(半径)太大,不够密集,因此单位空间内的质量大小才是决定引力的关键因素,光之所以无法逃脱黑洞就是因为黑洞足够的致密,例如火箭可以飞出地球,但如果把地球压缩到玻璃球大小就会成为一个“超小型”黑洞(忽略蒸发),那么当光进入这个超小黑洞时也无法逃脱。

火箭可以升空,小球抛出去会落回地面,这主要取决于逃离地球的速度。

山上的炮弹会因为引力下落,但实际上它会比我们预想中跑得更远,因为地球是圆的,我们不能以地面是平的来衡量它。

如果炮弹达到一个更快的速度,炮弹就有可能在引力的作用下,绕地球旋转。

如果炮弹继续加大炮弹的速度,那么就可以像火箭一样摆脱地球的控制,即成功逃逸。

环绕地球运行的速度,我们称之为地球的第一宇宙速度,火箭的速度我们称之为逃逸速度。

通过牛顿定律和万有引力公式我们可以得到逃逸速度的公式。

由逃逸速度可以看出,一个天体的逃逸速度主要取决于天体本身的质量(正比)与天体本身的半径(反比),并且与逃逸的物质本身的质量大小无关。一个天体的逃逸速度越大,也预示着天体的引力越强,当一个天体的质量足够大,半径足够小,导致它的逃逸速度大于光速,那么光将无法从这个天体逃脱。宇宙中很多恒星的质量都很大,但只有黑洞的半径(体积)才足够小,因此大质量恒星只能使光线发生偏转,只有黑洞才可以吞噬光。

黑洞的形成

天体的质量越大,引力坍缩的作用就越强,内部相互挤压,物质向内收缩。当质量足够大,内部高温高压下就会触发核聚变,向外辐射能量来抵抗天体向内收缩。当核聚变的燃料用尽,恒星就会继续收缩。

根据泡利不相容原理,两个(以上)电子不能占据相同的量子态,电子简并压力可以抵挡引力进一步坍缩,然后如果恒星的质量超过钱德拉塞卡极限(1.44个太阳),那么电子就会被压入原子核中,使带正电的质子转变成中子,并释放能量和中微子,此刻恒星就会成为一颗全部由中子构成的中子星,有中子简并压力来阻挡引力进一步坍缩。

如果恒星的质量超过奥本海默极限(3.2个太阳),那么中子简并压力也抵挡不了引力坍缩成奇点。

奇点是一个点,物质之所以会坍缩成一个点是因为物质由费米子与玻色子构成,玻色子在费米子之间传递着能量,使物质可以维持稳定结构,光子、胶子等玻色子静态质量都为零以光速运动,当引力足够大,使光速运动的玻色子路径发生扭曲,那么物质的结构将会崩塌,所有物质都会被拆解成零维的粒子,甚至更小的人类未知的粒子。

爱因斯坦“走错路”的光

在爱因斯坦的《广义相对论》中,引力不是“力”,而是一种现象,是时空几何性质。

惠勒解读《广义相对论》中的引力说:

Spacetime tells matter how to move; matter tells spacetime how to curve。

物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动

1919年爱丁顿在日食观测发现了太阳背后远处星系的光线在经过太阳时发生了偏转,通过太阳质量“压弯”了时空,光线通过弯曲的时空,改变了原来的“直线”路径,使光线所呈现的星系位置与实际位置发生了偏移证实了《广义相对论》。

奇点存在于点单位空间内,这是大质量恒星“浓缩”的一个点,以极大质量的“一点之力”弯曲了空间,曲率极大。光是沿直线传播的,这一点自始至终都没有改变,改变的是空间。两个点间穿过一条线,两点间路径最短的是直线。光在经过弯曲空间时也遵循着这条定理,弯曲的空间中的直线是测地线。

黑洞由于曲率极大,所有路径都指向了奇点,因此一旦光靠近黑洞光也逃脱不出的曲率临界点,那么它将沿着“它所认为的直线”自愿地走向奇点,这并非是引力把它拉进去的。而这个临界点就是视界,在视界半径内所有的光都走向了奇点,因此在视界内毫无光明可言,形成视觉的界限,我们把这个奇点在中心,视界“包裹”着它的天体叫做黑洞。

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