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光逃离得了黑洞吗?优质

587次浏览| 2022-10-06 01:05:14 更新
来源:互联网
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首先解释一个关键的概念,什么是「光锥」。简单地说,光锥就是光的时空路径——注意是「时空」,而不是「空间」。即,在某时某地发射一闪光,此后光传播所经历到的时空区域就是「光锥」。换句话说,就是能看到这个闪光的时空区域。当然,这严格说是未来光锥。这样说还是很抽象,举个1维空间的例子。这个世界不妨称之为「1+1维」时空(因为是1维空间+1维时间)。简单起见,假设光速为常数 v=1。时间 t = 0 时,在空间坐标原点 x = 0 处发生一闪光。这时,因为光以有限的速度 v = 1 传播,其路径就是 x = t 或者 x = - t。这里有两条路径,因为在一维空间里,光能朝「前」、「后」两个方向传播。画在 (x, t) 平面上,光的时空路径 x = t 或者 x = - t 就是通过原点的45度角射线。这射线就是「1+1维」时空的光锥。如下图所示,红色射线就是光锥。在这个「1+1维」时空里,只有在光锥上的点,才能看到闪光。比如 (x = 2, t = 1) 这个点,就不在光锥上,也看不到闪光。因为在 t = 1 秒的时候,光还没有传播到 x = 2 处。x = 2 处只有在等到 t = 2 时才能看到闪光,于是 (x = 2, t= 2) 这个点正好就在光锥上。上面这个例子很容易推广到真实的「3+1维」时空(3维空间,1维时间),只不过这时候射线变成了锥子(当然是3维的锥子),所以叫光锥。所以光锥是时空的一个截面,维度比时空少一维。光锥的存在正是因为光速有限。

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真空光速就现有理论而言是一个常数,并且相对论认为真空光速不随参考系的改变而改变(不管是惯性还是非惯性参考系)。那么黑洞究竟是怎么回事呢?首先思维还停留在Newton力学时代。尽管Newton力学计算出的视界半径和广义相对论给出的Schwarzschild半径是相等的,但二者的计算方法和物理意义完全不同,并且就现在的科学水平而言后者才是正确的计算方法。Newton力学的计算方法很简单(Newton力学计算出的半径实际上是逃逸速度等于光速的半径,也就是小于这个半径的地方发射的光子无法逃逸到无穷远处,但是可以离开黑洞。当然,这里光被当做常规物体考虑,速度是可以减小的,这当然是荒谬的),我就不写了,只在这里看看广相怎么计算Schwarzschild半径的。

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人是可以在有限时间内走出视界的,如果我们使用运动者身上建起的坐标架的话,你不会感到有丝毫的变慢,空间距离还是那么长,所用时间也只是黒洞远离运动者的时间(每一个运动者当然地认为自己是静止的).但如果用在无限远处的静止的观测者的时空坐标来看运动者的话,运动坐标架时间轴上的每一瞬间在接近视界时会变换为越来越大的时间间隔.(有人无聊的话可以做个观测量投影就看出来了,但注意哟,不要用席瓦兹坐标,因为视界在席瓦兹坐标中是个数字奇点)最终无究远的人会认为运动者将用无穷多的时间走出视界。

光逃离得了黑洞这个提法不科学。平时旅游到大山的溶洞玩耍你能在洞底看到洞口的光线吗?你站在洞外你能看到洞内有光吗?答案是不能。同样道理,黑洞内部犹如溶洞,里面弯曲构造复杂,光进到洞内被反射或吸收了,黑洞外壁物质密度大而厚,更看不到黑洞内部的光,何况光进到黑洞口就开始反射或吸收,到里面根本极少光线,在黑洞外面看内部里的光根本就是不可能的事。简单的物理现象就能解释光进入黑洞的情况。所以,光逃离得了黑洞说是个伪命题。

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