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光有质量吗 黑洞是如何吸引光的

相信学过物理的大多都听过“没有什么可以逃脱黑洞引力”的谚语,我们经常认为黑洞是宇宙真空吸尘器,可以吸收整个星系和其他任何有质量的物质。那么光有质量吗?黑洞是如何吸引光的呢?一起来了解一下吧。

光有质量吗 黑洞是如何吸引光的

 

光有质量吗 黑洞是如何吸引光的

光有质量吗

光有能量,质量和能量是统一的,因此光有质量。

很多人通常会把能量和质量区分开,能量是能量,质量是质量。实际上,这个观念不太符合如今的主流科学理论。根据爱因斯坦的狭义相对论:质量里还有能量,能量里还有质量,它们其实是一回事,是一个东西的两面,就看你如何测量。

通常所说的质量是指物体在静止状态下的质量,光虽然没有静止质量,但光拥有能量,通常将光看作纯能量的载体。光子的能量为E=hv,其中h表示普朗克常数,v表示光的频率。光的频率越高,所携带的能量也就越多。

根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2,质量和能量是物质同一属性的两种度量方式。推导一下便可知,光的质量为hv/c?,光的这种质量被称之为动质量。

光有质量吗 黑洞是如何吸引光的

黑洞是如何吸引光的

什么是引力?

传言牛顿是因为苹果砸到了脑袋,想出了万有引力定律。万有引力定律表明两个有物质量的物体之间会存在相互作用,这种物体之间相互吸引的力被称之为引力。小到粒子、大到天体,都必须要遵守。通常,两个物体之间的距离越近、质量越大,它们之间的引力越强。

黑洞是宇宙中引力极强的天体,如果光没有质量,那么光就不会被黑洞所吸引。前面我们推导出光具有动质量,那么光被黑洞所吸引,也就可以理解了。

不过爱因斯坦的广义相对论认为,引力本质上是空间弯曲,只要有静止质量的物体,便会使空间弯曲。质量越大,弯曲效应越显著,引力也就越大。

爱因斯坦关于引力的观点,已经被大量非常精密的实验所证实。比如,对水星近日点进动的解释、对光线偏折角的准确预测。如果使用牛顿的引力理论,前面所说的这些现象都无法很好的解释。爱因斯坦的引力理论比牛顿的引力理论更为完善。

为什么黑洞能吸引光?

光在大质量天体周围传播时,由于时空弯曲产生的偏转角约为a≈4GM/(dC?),其中G为万有引力常数,M为天体的质量,d为光与天体的距离,C为光速。可以发现,在公式中根本就没有光的动质量。这从侧面反映了,光被黑洞吸引与光有无质量无关。

大家可以尝试着利用上面的公式计算一下光在太阳周围的偏折角。太阳的质量约为1.99x10^30千克,万有引力常数为6.67x10^-11牛·米?/千克?,光速为3.0x10^8米/秒,光与太阳的距离算作1米。最终得出来的结果为角度,需要除以3600,化作角秒。

为什么黑洞能吸引光?

如图所示,太阳使附近的光线产生的偏折角为1.75角秒,经典力学预言的角度大约是它的一半。

黑洞是宇宙中引力效应最强的天体,大量的质量集中于一点,便会使空间产生非常大的弯曲。而光总是沿着空间中两点之间最短的距离传播,当空间被弯曲了,光看起来走的是曲线,实际上走的是空间中最短的距离。当光经过黑洞周围,看起来似乎被黑洞所吸引,就是这么个原理。

以上就是科学高分网为同学们整理的关于光有质量吗以及黑洞是如何吸引光的相关内容,希望会对同学们的物理学习有所帮助,如有疑问请在后台留言。

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