如果光子没有质量,为什么光会被黑洞吸引?

时间:2021-11-16 08:44:57   作者:
因为你是从牛顿引力的角度来讨论的,而牛顿引力在讨论黑洞时并不是很有效。我们在讨论黑洞时使用了爱因斯坦引力/广义相对论。

在GR看来,引力是时空的曲率,而不是力。时空被物质弯曲,所有落向某物的物体都在弯曲时空中沿着局部直线运动。这些在弯曲时空等曲面上(局部)的直线路径称为测地线。

粗略地说,测地线是曲面上的直线/路径。让我们举个例子。在地球上取两个点,一个是纽约,另一个是巴黎。正常情况下,旅行的距离是这样的:

如果光子没有质量,为什么光会被黑洞吸引

但如果我告诉你我们在现实中是这样旅行的呢:

如果光子没有质量,为什么光会被黑洞吸引

即使路径可能像第一张图中那样笔直,我们也会像第二张图中那样行进。这是因为我们在一个圆形的表面上行驶。因此,我们是在一条测地线上旅行。

测地线通常比普通直线长:

如果光子没有质量,为什么光会被黑洞吸引

这同样适用于时空曲率。在时空中,所有的物体和粒子都沿着测地线运动。

在爱因斯坦的引力模型中,所有的物体都沿着弯曲的路径运动。一个巨大的物体使时空弯曲。物体沿着时空弯曲部分的测地线运动。所有自由运动的物体总是通过一条测地线运动。根据广义相对论,这就是重力。

所有的物体都会弯曲时空,这就是为什么所有的物体都会弯曲光的路径。黑洞,将时空结构弯曲得如此剧烈,以致测地线变得疯狂,它们将通向黑洞的内部。这就是光子进入黑洞的原因。

这就是所有物体如何弯曲光线。这个图像可能有点帮助:

如果光子没有质量,为什么光会被黑洞吸引

下面的图片是黑洞如何弯曲时空的。光,像所有的物体一样,在时空中传播。当涉及到曲率时,它遵循一条测地线。黑洞附近的测地线非常强烈,以至于光线进入黑洞内部。
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