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光子没有质量为什么会被黑洞吸引?是牛顿错了吗?

银河系中心就是一个黑洞,2019年4月10日晚公布的是M87(奥特曼故乡)星系中心也是一个黑洞,两个黑洞除了距离远近与大小差异外,本质上并没有区别,都是吸积了大量的物质后在整个电磁波段散发了大量的辐射!

黑洞吸积物质这点很容易理解,根据万有引力定律,天体之间的引力与它们的质量成正比,与距离的平方成反比,但大家都知道光子的静止质量为零,那么请问它为什么还能被黑洞所吸引?

关于引力,牛顿是怎么说的?爱因斯坦又是怎么说的?

准确的说牛顿形容他站在巨人的肩膀上,或者他说自己只不过在海滩上捡到了几个漂亮的贝壳,都非常正确,因为他的万有引力事出有因,当然你如果相信小学时候书本上苹果砸在牛顿脑袋上然后发现了万有引力,那就是在太可爱了,这表示你还有梦!

牛顿的万有引力有哥白尼的日心说背书,也有开普勒的行星三大定律站台,还有伽利略的望远镜观测以及一系列实验物理支持,在这些基础上,牛顿在1666年这个历史上第一个思想火花迸发的年份里,做出了划时代的伟大理论,万有引力定理!将天上和地下的力统一到了一起!

当然万有引力定律在牛顿在借《自然哲学的数学原理》一书中提出时并不完整,万有引力常数需要等到100多年后卡文迪许发明的扭称测定的,另外对于太阳系行星的运动与轨道间摄动,需要告诉拿破仑他的理论不需要上帝假设的拉普拉斯来完善,他的巨著《天体力学》是经典力天文学中的里程碑,是经典力学体系中的举足轻重的奠基石!当然各位也不要忘记欧拉与达朗贝尔及拉格朗日的贡献!

但经典力学体系再完备都有它的局限性,因为对于时空理解的不一致,为以后的隐忧埋下了伏笔,比如勒维耶计算的水星进动值和观测始终对不上,以太漂移实验零结果,这些危机都预示着一个伟大的变革即将发生!

  • 关于引力,爱因斯坦的调调

爱因斯坦在1905年总结了前人的成果推出了狭义相对论,十年后他独立推出了广义相对论,前者解决了以太漂移中的零结果问题,后者第一步解决的就是水星进动,因为爱因斯坦时空不可分割的相对论时空观,完全不同于经典力学的绝对时空观,爱因斯坦认为时空不可分离,并且会受到质量影响,简单的如惠勒所总结:质量告诉时空该如何弯曲,时空告诉质量该如何运动!

惠勒一针见血的总结了广相,得以让普通人从最简单的角度去理解广义相对论下的时空观,但惠勒的总结中有两个字还是那么扎眼,那就是“质量”,不过却不要如此纠结,因为下文中会对光的质量做一个简单说明。

光有质量吗?它在时空中怎么就弯曲了?

光有没有质量,这还是得爱因斯坦告诉大家,狭义相对论中最重要的一环,也就是质能方程的推导相信大家都看不过少,但它揭示的本质却很少有人能理解,因为这是宇宙最深的奥秘之一,涉及到物质的来源,但本文却无需那么深入,我们只需理解质能等价即可,也就是说质量和能量只是一体两面,物质可以展现为质量,也可以展现为能量,两者是完全等价的!

光具有能量,而普朗克统一了黑体辐射公式告诉我们,能量是一份份辐射的,最小的那份就是E=HV,这个H就是普朗克常数,V就是光的频率,因此这最小的那份光是尽管没有静止质量,但它在运动时具有动质量,根据E=mc²即可计算出它的质量!

所以即使用牛顿的万有引力公式,仍然可以计算出它在引力场中是会受到质量的影响,不过根据万有引力计算出来的弯曲角度只有用广义相对论计算值的一半,因为牛顿的绝对时空观中时间与空间是分离的,而广相却是一起考虑的!

关于光线在引力场中弯曲,在广相后就被提了出来,但好巧不巧的是3年后就是1919年的日食,而且遮挡的还是毕宿星团的亮星,另外爱丁顿爵士的团队在日食的最后一刻乌云散去,观测到了光线弯曲的数据,最后用统计法确定了光线在太阳引力场中弯曲的平均值,和爱因斯坦理论计算相差并不是很大,因此光线在引力场中弯曲也已经实锤!

而在二十世纪后续观测中,这些现象比比皆是,而且还催生出一个新的观测方式,引力透镜,这是发现遥远星系和黑暗前景天体的一种补充方式,也是恒星系中发现行星的一种特有方法!

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