引力是空間的彎曲還是引力子傳遞的力?愛因斯坦同時主張二者不矛盾嗎?引力子如果存在,是怎麼作用於光子的,為什麼黑洞視界內光子不能逃逸?

時間 2021-05-11 04:46:25

1樓:三級頭

視界內的引力子/引力輻射是無法逃離,但是在視界上以及視界周圍的引力場可以給我們關於黑洞質量的資訊,就好比光子/電磁輻射不能逃離黑洞,但我們從靜磁場能得到黑洞電荷的資訊一樣。QFT裡的場和粒子不一樣,後者是場的excitation,

2樓:GingerRomeo Lee

恐怕不能將引力解釋成平直時空引力子傳遞的力。

以下內容摘自愛因斯坦是如何意識到時空是彎曲的這一點的? - 楊泓的回答 - 知乎。這個答案比較通俗易懂,主要說明為何在相對論的框架下,將引力歸為平直時空中的現象是行不通的。

1、質量的兩種截然不同的屬性

牛頓第二定律告訴我們,質量有慣性的屬性,我們把這裡的記做,稱為性質量

而牛頓萬有引力定律或告訴我們,質量有引力的屬性,我們把這裡的記做,稱為引力質量

既然質量的兩種屬性截然不同,那麼對於同乙個物體,它的慣性質量與引力質量有什麼關係呢?

2、自由落體

實驗事實:自由落體加速度與物體質量、結構、成分、是否帶電等無關。初始位置和速度相同、除引力外不受任何力的物體在引力場中齊步走

定量分析:且實驗事實

也就是說質量的兩種截然不同的性質:慣性質量和引力質量嚴格相等。這是一種巧合嗎?

3、其他作用力:以庫侖力為例

帶電粒子在電場中的加速度為(由於,這裡不再區分二者,統一用表示),我們可以看到,對於庫侖力,除非兩個粒子的荷質比相同,否則它們不可能有相同的加速度,更不可能在電場中齊步走,電場中的不同粒子是有個性的。這裡我們已經看出了引力與其他力的不同,引力場中的物體運動毫無個性

4、數學準備

幾何上有一條定理:給定一點和點的乙個向量,存在唯一的測地線,它經過點,且在點和相切。

5、物理準備

2023年愛因斯坦提出廣義相對論前,狹義相對論已經相當成熟。狹義相對論用來描述不存在引力的時空。狹義相對論告訴我們:

不存在引力的時空是平直的,每個三維力對應乙個四維力,當且僅當時。(所謂三維力就是中學所說的力)

當時,質點的世界線是測地線。我們把這樣的質點叫做自由質點

6、當你同時考慮上述5點

成立的事實等價於初始位置和速度相同、除引力外不受任何力的物體在引力場中「齊步走」。這種毫無個性的集體行為強烈地暗示著引力是整個時空背景的內稟性質,與其他力有著實質性的差別!猜測引力應該是一種幾何效應。

假設1:引力存在時,時空是彎曲的,且

假設2:時空彎曲是如此特殊,以至於引力的四維力,而三維力(注意:這不同於狹義相對論,在平直時空,而是不可能做到的!

如前所述不存在引力的時空中當且僅當

假設3:既然引力的四維力,仿照狹義相對論,不妨進一步假設質點的世界線是測地線。只受引力的質點在四維時空中是自由質點

以上就是廣義相對論最基本的假定,從以上假定出發,我們就能將(即「齊步走」現象)作為邏輯結論推導出來。

對於引力場中的兩個質點:

①初始位置和出發時間相同,表明兩條世界線都出發自同一時空點

②初速度相同,表明兩條世界線在p點有相同的切向量

③給定一點和點的乙個向量,存在唯一的測地線,它經過點,且在點和相切

④所以兩個質點的世界線相同,它們齊步走,

⑤所以可見時空彎曲的假設可以正確解釋自由落體和慣性質量與引力質量相等的事實,所以我們相信存在引力時,時空的確是彎曲的。

除此之外,如果平直時空相互作用的引力子成立的話,那麼引力應當是與庫侖力高度類似的。此時,有質量的物質相對運動也會具有相應的「磁效應」,正如電動力學中「運動的電荷產生磁場、電和磁在不同的參考係下可互相轉換、磁力是電力的狹義相對論修正」一樣。

至於電力與磁力的關係,這裡簡要地解釋一下。

不知題主是否想過這樣乙個問題:我們說運動的電荷會產生磁場,但運動不是相對的嗎?如果我與運動的電荷以相同的速度運動的話,那麼在我看來,該電荷產生的磁場是否存在

如何解釋/調和這個問題的矛盾

a 圖是導線外面有乙個運動的負電荷。由於導線內的電流產生環形磁場,環形磁場作用到外邊的運動電荷上使運動電荷偏轉。

但看 b 圖。如果我們站在乙個沿負電荷一起運動的參考係上去看。這個負電荷就是靜止的了。靜止的電荷無法受到磁場的洛倫茲力。那麼要如何解釋粒子的偏轉呢?

答案是,當我們從乙個參考係換到另乙個參考係時,根據狹義相對論,相對運動方向的長度會縮短為

由於導線中傳導電流的電子與組成晶格的金屬原子相對參考係的相對速度不同。使得它們的尺縮效應也不同。於是它們分別尺縮之後導線的正負電荷就不能剛好抵消了。

這樣在b圖的參考係下,導線上帶有乙個由於相對論效應產生的等效電場。計算可以發現這個電場對外邊電荷的作用力與a圖的洛倫茲力一模一樣。

此即電場和磁場的相對性。磁場就是電場的相對論修正!!!

可見,如果真實世界的萬有引力是平直時空中物質之間交換引力子引起的,那麼帶有質量的物質之間相對運動也會具有相應的「磁力」。

3樓:a5841314321

引力子?

1,愛因斯坦沒有主張引力子

2,引力子甚至不在標準模型類

3,如果存在引力子,那麼它應該屬於玻色子

以下高能假想

1,引力子只對空間作用。引力子與引力子之間只有吸引力且質量為02,光的傳播是依附空間傳播的,黑洞周圍視界範圍內的空間通俗點說就是彎曲到封閉。光進入此空間就出不來了。

3,空間的彎曲對引力子不起作用。無論空間如何彎曲如何封閉,引力子按照空間未彎曲之前傳播。

哇,以上假設理論是自洽的。哪個量子物理高手算一算按照以上假設,是否復活觀測?是否可以實驗驗證?

我們馬上設計個思想實驗:雙子黑洞碰撞後的伽馬射線晚於引力波到達地球。

因為空間的彎曲使光子的路徑長於引力子的路徑。

4樓:

視界內的引力子/引力輻射是無法逃離,但是在視界上以及視界周圍的引力場可以給我們關於黑洞質量的資訊,就好比光子/電磁輻射不能逃離黑洞,但我們從靜磁場能得到黑洞電荷的資訊一樣。QFT裡的場和粒子不一樣,後者是場的excitation, 所以當另乙個粒子進入事先建立好的引力場後,會發生散射,從而相互作用。

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