光没有质量，黑洞是怎样把它吸住的？
在2019年4月10日，发布了人类拍摄到的首张黑洞照片——位于5500万光年外的椭圆星系M87的中间黑洞。照片中的黑洞固然略微恍惚，但依然看得出与理论计较惊人一致，在近似十级美颜的恍惚图像下，中心的暗影依然清楚可辨，而黑洞就在这个暗影区域里面。
这张照片表白理论是对的，确实存在光无法逃离的黑洞。那么，黑洞是若是吸住零质量的光的呢？
光的相对论质量
按照狭义相对论，光没有静止质量，凡是具有静止质量的工具都无法达到光速。不外在颁发狭义相对论后两年，爱因斯坦就发布了一条光的能量计较公式：E=hv。公式里E是光子的能量，h是普朗克常数，v是光子的频率。这公式里可以看出，当光子的频率越高，能量也将越高，光子的能量与其频率当作正比例关系。
当把上述的光子能量公式与质能公式归并则获得：E=mc^2=hv，移项后获得公式：m=hv/c^2，这就是光子的质量，但并非静止质量，而是相对论质量，与静质量相对，您也可以把它理解为光子的动质量。
什么？牛顿万有引力理论也会发生光线弯曲？
既然有了质量（相对论质量），光子天然是会受引力影响的，所以，按照爱因斯坦给出的光子相对论质量，大师即利用牛顿的万有引力理论，也能获得光被大质量天体（如太阳）吸引的成果，这将导致，即使在牛顿理论系统下，光的行进偏向也会被大质量天体（如太阳）改变，也就是说光线会被弯曲！
没有引力，是空间弯了
而爱因斯坦在颁发狭义相对论十年后，又提出了一套全新的引力理论——广义相对论。它用时空弯曲取代了引力，认为引力只是时空弯曲的一种外在表示，引力的素质就是时空因物质的质量而发生的弯曲。行星并非被太阳的引力吸引而绕太阳做圆周活动，而是太阳使四周空间发生弯曲，行星沿着弯曲的空间做测地线线活动。
是以，按照广义相对论，光子并不是被大质量天体（如太阳）的引力吸引而导致行进路径发生弯曲，而是太阳四周的空间自己因太阳的质量而发生了弯曲，光颠末弯曲的空间而导致行进偏向发生改变！
两种引力理论的尝试判决——日全食星光偏移尝试
那么问题来了，既然两种理论都能获得光线被弯曲的成果，那我们怎么知道它们哪个理论才是准确的呢？谜底是：它们固然结论都一样——光线城市发生弯曲，但成果却纷歧样——光线弯曲的水平纷歧样。按照广义相对论获得的光线弯曲水平比万有引力理论获得的光线弯曲水平更大。是以，科学家就可以据此进行天文不雅测，以获得的不雅测数据来判定这两个理论哪一个更精确。
因为一般的小质量天体（如行星）相对于光子的活动速度来说，质量都太小了，因为活动速度越快，被统一质量天体在统一距离上偏转路径的水平就越低。是以要进行验证光线弯曲就需要像太阳这样质量的天体。然而太阳的光线太强烈了，底子无法对从其旁边颠末的光进行不雅测。不外科学家很快想到了一个法子：日全食时进行不雅测，因为日全食的时辰，太阳光会被月球完全遮挡，导致天空也变得漆黑，这样，我们就可以测量它四周的星光了。
在广义相对论提出后的第四年，即1919年5月29日，科学家就当作功不雅测了非洲的一次日全食，拍摄到了太阳四周星空的照片，与此前于同年1月份拍摄的统一天区的照片比对，事实证实，太阳四周的星光确实发生了偏转，按照照片上星星的位置偏移量，科学家发现与万有引力理论计较的偏移量发生较大的误差，现实不雅测成果是理论计较成果的两倍，而与广义相对论的计较成果则很是吻合，仅有轻细误差，在正常的误差规模内。事实证实，广义相对论比万有引力理论更为精确。
外界光子的不归路——光子球
跟着科技的成长，科学家经由过程尝试和不雅测频频证实广义相对论的准确性，到此刻，几乎所有的广义相对论预言都被证实了，此刻独一没有被证实并可能永远无法被证实的预言可能就只剩下奇点了……
是以，此刻广义相对论当作为本家儿流的引力理论，科学界遍及接管空间是弯的。那么既然空间是弯的，黑洞为什么能困住光就很轻易理解了：当光颠末黑洞四周弯曲的空间时，当达到必然的角度——小于光子轨道的切线偏向，光就会落入这个弯曲的陷阱里出不来了。这个光子轨道称为光子球，是光速绕黑洞扭转的公转轨道，大约在黑洞的史瓦西半径（即黑洞的半径）1.5倍处。
是以，当外界光子切入光子球圆轨道后就无法逃逸了，而假如进入角度再大一点，就直接失落黑洞里了。不外这是外界光子的逃逸鸿沟，若是光子是在光子球内发出的话，好比吸积盘内物质落入黑洞过程中释放的光子，若是是标的目的外辐射的话，那么即使在光子球内发出的依然是可以逃逸出来的。所以在光子球内、视界外的光子能不克不及逃逸不是速度问题，而是偏向问题。（是不是感受有鸡汤的味道……）
时空的樊笼——黑洞视界
但当进入黑洞视界今后就没有任何光子能逃逸了！就算标的目的外辐射也不可吗？是的，不可了……按照广义相对论，在外界看来，视界内的时空会发生交换，是以当物质粒子（包罗光子）穿过视界今后，就不再是沿空间偏向活动，而是沿时候偏向活动，史瓦西半径R酿成了时候，因为时候只有一个偏向，物质只能沿着时候的一个偏向活动，最终落标的目的时候的终点——奇点。
是以，就没有任何物质粒子（包罗光子）能从视界内出来，因为那对于外界来说意味着逆着时候活动，那是不许可的。
问题的谜底
光被黑洞吸引不是因为光的质量和黑洞的引力，而是因为黑洞的质量使四周时空发生了弯曲，外界的光颠末弯曲的时空时偏向被改变，当改变后的偏向最终指标的目的黑洞，光就会沿着弯曲的时空落入黑洞。
而对于视界内发出的光，因为视界内相对于外界时空交换了，光无法逆时标的目的别传播，因为那意味着它要回到本身的曩昔……
- 发表于 2020-10-01 02:00
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