一束射向黑洞的光是否能超過普通光速?(純粹好奇求解答)?

時間 2021-05-06 15:00:22

1樓:職場同舟

光速不變,這個是經過嚴格實驗證明了的,不用去質疑,所以愛因斯坦最大的貢獻就是既然光速不變那麼時間和空間改變了,所以一切現在的廣義相對論和狹義相對論的乙個最根本的依據之一就是光速不變

2樓:月下的淡然

如果按照通俗的說法,就是不能超過光速,所以光逃離不了黑洞。

但由於從黑洞視介面內向外是不可能建立指向未來的因果聯絡,因此黑洞裡面物體的速度沒有意義。這個問題較好的描述需要使用廣義相對論。

經典廣義相對論說法是這樣的:首先是自由粒子的速度沒什麼意義,也沒法定義。因為強引力條件下,整個背景時空極度扭曲,有許多(實際上有無窮多個)適合且好看的空間-時間3+1分解,每個分解都可以定義自己參考係下的速度,這些不同的速度當然無法比較。

(類似於同乙個平面可以用笛卡爾直角座標,也可以用極座標,等等。這些座標值之間不能比較)。

取而代之的是「世界線」的概念,這個概念本身是從狹義相對論中引過來的,意思是在背景時空中物體運動的軌跡,例如在狹相中(以下論述可以搜尋「光錐」),如果取光速為1,光的軌跡應該是時間與空間座標的角平分線(如果空間取一維,就是角平分線,空間取二維就是乙個光錐面上的一條線,空間取三維就是乙個超曲面中的一條線),這條軌跡就是類光世界線。那麼自由的(指不受力),有質量粒子由於速度小於光速,所以它的世界線應該就在這個光錐裡面,且是一條斜率大於1的直線(這點保證了因果律),這種是類時世界線。在光錐之外的軌跡稱為類空世界線,這在相對論中是不允許出現的(違反因果律)。

類時、類光、類空過程對應於小於、等於、大於光速。

在廣相中這套說法被平移過來了,且作為廣相的基本假設:自由粒子在時空中的軌跡為測地線,其中光子的世界線是類光的,有質量粒子的世界線是類時的,不存在類空世界線。自由指的是不受力,或者只受引力(廣相中引力不是力,而是時空扭曲)。

測地線指的是時空中「最短的直線」(儘管不直也可能不是最短)。在廣相中這些說法無關乎參考係的選擇,而是背景時空的本質屬性,所以世界線可以取代速度。

有了這套說法,就可以分析黑洞了,普通黑洞周圍的施瓦西時空有如下特點:在空間上存在乙個球面,類光世界線剛好在這個面上圍成乙個圓,這個面稱為事件視界。在視介面內,所有的指向未來的因果線(類時和類光線合稱為因果線)在空間上都指向黑洞中心。

由於不存在類空線,所以一旦越過視介面,光子和實物粒子都不可避免地落入奇點。視介面內的類時線由於是單向不可逆性的,類似於時間的性質,所以有些科普書中有這樣的說法:黑洞內外時間與空間座標互換(形象但不嚴謹)。

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