重力只影响有质量的物体，但为什么光无法逃离黑洞呢？

daomei

光无法逃离黑洞”意味着光受重力的影响，但重力不是只影响有质量的物体吗？

这真是一个好问题！

你想问光在引力场中发生了什么，这一事实表明你的思维方式与爱因斯坦第一次开始思考这个问题时的思维方式大致相同（尽管你是在广义相对论之后接近它，而爱因斯坦却在它来之前表述了出来）。从“光发生什么了？”来解决这个问题,使人们更容易理解引力。我们将通过这篇文章来研究：

光在引力场中会发生什么？重力如何影响空间，进而影响质量？

你至少要有一些高中代数的知识储备才能明白这个答案。

黑洞照片 来源: zcool

重力作用下光速的变化

我在这里看到一个答案，它实际上是说光在重力中加速，根据a=GM/r2

这就是牛顿引力理论所预测的，但这是不正确的(尽管我将假定他们只是想用牛顿方程来证明一个观点)。

事实上，当光进入引力场时，相对于远离引力源的静止观察者，光实际上会减速。换言之，如果我把光波直接射向一个物体，并把它从物体上反弹出去，那么回到我身边所需的时间要比没有引力场的时候长。现在让我们用广义相对论来证明这一点。如果你对数学不感兴趣，那就坚持下去，因为随着时间的推移，数学变得越来越简单:

c2ds2=?(1?rsr)c2dt2+dr2(1?rsr)+r2(dθ2+sin2θd?2)

ds是空间间隔，但对于光，这是0

rs是史瓦西半径，为2GM/c2

c是光速

dt是时间的变化

dr是重力井中心半径的变化

因为我们将光线直接射向引力源，我们不需要方程中θ和phi的部分，因为这与极坐标中的角度有关。我们还可以将左侧的间隔（ds2）设置为0，因为这是光的间隔。因此，这简化为：

0=?(1?rsr)c2dt2+dr2(1?rsr)

接下来，我们将用一个小代数来求解半径随时间的变化：

（1-rsr）c2dt2=dr2（1-rsr）

（1-rsr）（1-rsr）c2=dr2dt2

并通过取每个平方分量的平方根*来简化所有内容：

drdt=（1?rsr）c

*当我们取某事物的平方根时，有一个正解和一个负解。然而，在这种情况下，负解描述了光以相反的方向运动，即出与入。为了简单起见，我们将只研究其中一个解决方案。

现在dr/dt（半径随时间的变化）就是速度：

v=（1–-rsr）c

如果我们把它和物质加速一起画出来，这就是它的样子：

请记住，这是从远离引力源的人的角度看的，从外部观察（一个史瓦西的观察者）。如果我们“观察”到物质从远处坠落，我们会看到它接近0.3849摄氏度，然后随着它接近事件视界开始减速到0。物体速度随质量的变化由下列公式给出：

drdt=c(1?rsr)rsr??√

我们也看到它减速，但速度不同，因此它总是测量299792458米/秒，相对于入口观测者（因为自由落体时观测者的时间膨胀和长度收缩将使他们总是局部测量c值相同，不管他们在哪里）。

这里使用的“被观察”并不是基于离开引力场并到达我们眼睛的光，而是基于瞬间到达我们的位置的信息。在这种情况下，用周长除以2π来测量半径，而不是标准距离测量。这是因为使用光作为量度，传播速度会变慢，它会将视界测量为无限远（光永远不会返回），而使用尺子作为量度，则会经历长度收缩，也会测量无限远，因为它的长度从史瓦西度量接近零事件视界。

坠入黑洞的宇航员 来源: 163.com

质量影响空间

这种方法的优点在于它揭示了真空的内部工作原理。当你在一个介质中发送一个波，在这个介质中，波的速度以梯度的形式变化，波在传播时会弯曲。它将向介质中波速较慢的区域弯曲。这是根据斯奈尔折射定律。

sin(θ2)sin(θ1)=v2v1

什么能减慢波的传播速度？根据牛顿-拉普拉斯方程：

c=γpρ??√

这个分数的底部是ρ（发音为“rou”），它是给定体积上的介质质量，也就是密度。如果你在一个体积内增加质量，那么c-即波的传播速度-就会降低。这正是我们用重力观测到的。只要真空能保持不变，增加给定区域内的质量会导致较低的光传播速度。但较低的光传播速度对物质意味着什么？对有质量的东西会有什么影响？

c的梯度使质量加速

物理学家中有一个非常流行的观点，就是“时间膨胀导致质量被吸引”。 这只是一部分设想。另一半更流行的设想如下所示：

上面显示的是“空间拉伸”或长度收缩。然而，真相是知道的，正是时间和距离的改变导致了这种吸引效应的发生。这些变化更简单地表述为：波传播速度的减慢。速度包括时间和距离，这就是为什么它更完整地描述了实际发生的事情。

电影中的黑洞形象 来源:baidu

当你对周期波（有质量的东西）应用一个变化的速度梯度，并在每一点上应用Snell折射定律，你就会得到以下周期路径：

*注：这只是一个近似值。

顶部区域的波传播速度较快，而底部区域的波传播速度较慢。从周期路径的顶部开始，波在象限I中趋向于更弯曲，在象限IV和I II中趋向于更少弯曲，在象限II中趋向于更多弯曲。最终的结果是向低速区加速。这只是应用于周期波的折射效应。一次又一次地重复这个周期，你就会得到一个周期波路径的加速度，朝向波传播速度较慢的区域。这就是为什么有质量的物体在引力场中向其他质量加速，而光只在同一场中弯曲。

所以你可以看到我们观察到的对光和有质量的物体的影响是完全不同的。然而两者受重力的影响是一样的。但因为它们的波的几何结构和折射定律，使的行为不同。

另一个问题浮出水面

你还记得牛顿-拉普拉斯方程有一个顶部分量吗？这个分量是压力的分量（p）。压力只是描述能量密度的另一种方法，在这种情况下是真空的能量。那么场方程是完整的吗？它们在以质量为主要能量形式的领域非常成功。但方程的分解是：

远离星系中心的问题如星系旋转曲线;星系之间质量加速远离的空间(宇宙加速膨胀);当在物质内部发现黑洞时，它会出现在视界附近的任何地方，比如太阳的数学视界，尽管那里显然不存在这样的“黑洞”。

黑洞与喷流 来源: kuaibao

前两个问题可以通过将真空能量/压力视为质量的反方式来解决，从而解决。否则，您将寻找负压和/或实际上不存在的多余质量。

第三个问题也可以通过应用牛顿-拉普拉斯方程来解决，因为到处都可以找到一些能量密度来平衡质量密度，从而消除了事件视界。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

FY: SpaceTraveler(高一民)

author: quora

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原文地址：今日头条

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我们知道，重力就是由质量引力(万有引力)造成的，而质量引力就决定了能受引力作用的是必须具有质量的物质，包括宏观的物质和微观的物质，然而，目前主流的观点认为光是由无质量的光粒子运动组成，而没有质量的光粒子应该不受到引力的作用，但是，黑洞里无法逃离的"光"分明是受到引力场的作用，这是什么情况？这不是矛盾的吗？怎么解释？笔者的个人解释观点只有二个，一个是黑洞里引力超级强大，负电子被超级强烈引力约束到无法发生光产生机制。而另一个会不会是人们对光的认识产生错误，也就是说"光"根本就不是所谓的没有质量的粒子光(如果光子没有质量，它应该可以逃离黑洞引力，然而……)而是一种引力的动态变化作用，那就是引力"光"，黑洞强大的引力是引发不出这种动态作用的，所从，黑洞是产生不出辐射光的，但可以熄灭外来辐射进入，辐射、反射都没有，这就是"黑洞"的意义。