光具有動質量這個問題,其實涉及到愛因斯坦的質能方程。 至今原因,其實是這樣的,一個物體的質量其實分兩種,一種叫做靜質量,一種叫做動質量。而光呢?光的靜止質量其實是0,也就是說他沒有靜止質量,很多人喜歡管它叫做純能量。不過呢,實際上光還是有質量的,這個質量就是動質量。 那具體咋理解呢? 也很簡單,我們都知道炸彈爆炸的原理,爆炸會產(chǎn)生大量的能量,這當中主要就是熱和光,本質上都是電磁波。而爆炸前后,其實質量是有損失的。但咱們其實說的是在一個開放的地方爆炸彈。如果,你把炸彈扔到鍋里,蓋上蓋子。而這口鍋是一個理想的鍋,意思是它和外界是隔絕的,不會有能量交換。那這個時候,即使爆炸了,這口鍋的前后質量都不會發(fā)生任何的改變。無論這顆炸彈是不是核彈,都是這樣的結果。 所以,愛因斯坦想說的其實是質能等價,而不是質量轉化為能量。因為在他的理論中,質量和能量其實是同一個東西,只是同一樣東西的兩個面。 也就是說,我們還拿著一個鍋,把一坨光放到理想的鍋里面,然后拿到秤上去稱量,那這個也能測出這坨光對應的質量,只不過會非常小而已,那具體多少,是可以根據(jù)E=MC^2計算得到。這也就是為什么,我們說光不具有靜止質量,但卻具有動質量的原因。 萬有引力定律但通過質量等價,總歸來說,光還是有質量的。于是,我們就可以利用牛頓的萬有引力定律了。這個定律告訴我們,兩個物體之間的萬有引力與這兩個物體的質量成正比關系,而與這兩個物體之間的距離平方成反比例關系。 如果兩者之間都沒有初速度,那他們應該就是下面這樣: 但是,我們知道,光是有初速度的,所以光會在萬有引力的作用下發(fā)生彎曲,至少路徑會受到引力的影響。那黑洞為什么可以吸光的?簡單來說,就是引力巨大無比。 我們可以通過宇宙速度來理解,我們都知道地球存在一個第一宇宙速度,這個速度可以保證天體圍繞地球轉動。這個速度的大小就是7.9km/s。 這個速速的并不能保證物體逃離地球,所以還有一個逃逸速度,也被叫做第二宇宙速度。只要大于這個速度,就可以脫離地球的引力。這個速度是11.km/s。 不過地球在宇宙中其實就屬于比較矮小的存在。實際上,對于任意天體,其實都有逃逸速度。而黑洞呢?就是逃逸速度超過光速的天體。逃逸速度超過光速意味著,達到光速都跑不掉,所以,光如果跑到黑洞附近,也就只能被黑洞里面去了。 所以,黑洞其實是宇宙中最恐怖,也是最彪悍的天體。 廣義相對論不過,關于引力的解釋,愛因斯坦其實提出了他的理論,這套理論的普適性比牛頓力學更廣。我們稱之為廣義相對論。在這個理論當中,愛因斯坦認為,我們生活的世界是一個三維時空,而引力的本質實際上是三維時空的彎曲。 惠勒就曾高度概括過這個理論,他是這么說的: 物質告訴時空怎么彎曲。時空告訴物質怎么運動。 而影響時空彎曲的其實是物體的質量,如果我們把三維時空看成是二維的,那么三維時空的彎曲就好像是床單被鋼柱壓彎了。太陽就是壓彎了時空,然后地球沿著測地線在運動,這個測地線的概念類似于二維平面的兩點之間的最短距離,它是三維時空中的“兩點之間最短距離”。 而光線經(jīng)過天體時,其實也是沿著測地線在運動。所以,用廣義相對論也能解釋光線偏折的問題。 而黑洞呢?他其實是可以把時空彎曲到十分恐怖的程度的一種天體。 所以,光其實是因為黑洞把時空極度扭曲之后,光在沿著測地線運動時,掉進了黑洞里。所以,無論從牛頓的萬有引力定律還是從愛因斯坦的廣義相對論都能解釋光線為什么會被黑洞所吸引的原因。 |
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