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万有引力定律遭遇挑战:没有质量的光为何却无法逃离黑洞?

2018-08-21 07:58

  黑洞,无疑是宇宙间最吸引人眼球的星体。它是由大质量恒星在消耗掉所有燃料之后,发生引力坍缩而形成的。黑洞的质量是如此之大,因此其产生的引力极其之强。我们总是会听到这样的说法:黑洞是宇宙间的真空吸尘器,没有任何东西能够逃脱它的引力,即使是宇宙间移动最快的物体--光,也只得被牢牢地束缚在黑洞的视界之内,永远没有逃出去的可能。

  我们要讨论的一个重点,那就是对引力的定义。爱因斯坦提出了与牛顿传统的重力定义相反的观点,牛顿认为引力是两个有质量的物体之间的相互作用,而爱因斯坦则认为,引力表现在宇宙大质量物体扭曲时空的能力。举个例子,我们将一个棒球扔出去,棒球沿着弧线下降到地面,牛顿的观点是,这是因为地球的引力在拉棒球,才使它落向地面,而爱因斯坦认为是它们本身的质量扭曲了物体之间的时空几何,棒球的轨迹实际上是一条发生变化的直线。所以,我们如今认为,所谓引力就是质量使时空发生弯曲的能力。

  在光经过黑洞的时候,它之所以会被黑洞吸引进去,是因为黑洞使空间发生弯曲的能力太强,空间被弯曲的太过变态,使得光线也只能沿着弯曲的空间前进,看起来就像是被吸引过去了一样。

  黑洞有一个边缘叫做事件视界,跨过这个分界线,任何东西也不可能再逃脱出来,引力巨大到空间都被弯曲到黑洞内部来了,光子即使拥有着宇宙间最快的速度,也只得在原地打转,无法从事件视界挣脱出来。我们无法看到光线,自然也就看不见黑洞了。

  科学上用光锥来更形象的表现了光在黑洞内部运动的情况。首先,我们知道地球是在绕着太阳旋转,在相对论的解释中,这是因为太阳的质量被空间扭曲了,假如我们把空间看作是二维的,那这就像是一个球体压住了一块平整的布,从而使平面发生了凹陷。

  然而,当太阳这个球体无限变小,小到只有一个分子或者原子那么大,那么,它就能变成黑洞。引力使空间产生更加巨大的凹陷,这时,黑洞的视界内就形成了光锥。无论你的速度如何快,光锥内部的光也只能向奇点运动。