光在真空中为什么能传播,光的传播速度是多少

首页 > 经验 > 作者:YD1662023-05-25 06:00:33

上图为相对论质增效应公式

因为光没有静止质量,只有能量,我们经常将光​当做​纯能量物质看待,光就是能量的载体。例如:正电子和负电子发生湮灭反应会百分百转化为能量,这里的能量其实就是光,正反电子湮灭后会转化为光子。太阳会发光发热,太阳的光和热就是通过电磁辐射的形式传到地球上的,也就是光。通常我们所说的光是指可见光,其它频段的电磁波也可以称之为光。

综上所述,我们可以认为光是有动质量的。

光为何会被黑洞吸引?

上面已经说过了,光具有动质量,那么是不是就可以利用万有引力来解释呢?

动质量这一概念确实可以解释光为什么能够被黑洞吸引,但却存在局限性。一般而言,光在真空中是沿直线传播的,当光线被黑洞吸引时便会发生偏折。经典力学也能预测到这一现象,但对偏折角的估计却并不准确。要想精确,就需要采用更完善的理论,相对论力学便是目前认为最完善的理论。

根据相对论的预测,当光线经过太阳附近时,在太阳的引力作用下,光会产生轻微的偏折,计算出的光线偏折角为1.75角秒,而根据牛顿引力理论计算出来的偏折角则为0.87角秒。在20世纪初,由爱丁顿等人领导的科学团队对此现象进行了多次测量,精确的实验结果表明:爱因斯坦是对的!

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在相对论中,爱因斯坦抛弃了牛顿的引力观点,或者说不需要引力这个概念了。爱因斯坦引入了空间弯曲的概念,认为引力的本质实际上是空间弯曲。质量越大的物体,对空间的弯曲程度也就越大。

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如图所示,空间弯曲导致的光线偏折现象

通常我们认为光是沿直线传播的,实际上光是沿空间中的测地线(两点之间最短距离)传播的。当空间被弯曲,光也就只能跟着走曲线,于是在我们看来光就被黑洞吸引了。实际上它们之间并不存在力的作用,在此基础上,光有没有动质量也就无所谓了。光线被恒星偏折时,偏折角只与恒星的质量有关,与光的动质量无关。

黑洞是一个神秘的天体,因为黑洞表面(视界面)的逃逸速度大于光速,当光闯进黑洞里面就再也出不来了,因此用传统天文观测方法是看不见黑洞的,需要用到引力波。理论猜测,黑洞中心有一个密度无限大、体积无限小的奇点。在人类还没有发现黑洞之前,科学家就从相对论中推导出了黑洞的存在,黑洞内部的空间被无限弯曲,时空曲率无限大。

实际上,任何有质量的物体都能够使空间弯曲,不过只有像太阳、黑洞这样的大质量天体才能够使空间产生较大的弯曲效果,人类才能够发现光线偏折现象。在我们看来,光被这些强引力源吸引了。

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如图所示,光掉进了黑洞

结语 由此可见,不管光有没有质量,都会被黑洞吸引,因为黑洞周围的时空弯曲​的​很厉害,以至于连光也要走曲线。

通过这个问题,让大家认识到了相对论力学为什么比经典力学更加完善。传统的经典力学具有局限性,只适用于低速、弱引力场下的宏观运动,要想准确描述高速、强引力场下的情况,就需要相对论出马了。

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