Если фотон не имеет массы, почему черная дыра затягивает свет

Черная дыра — уникальный объект. Из-за сверхвысокой гравитации она поглощает все вокруг, включая свет. Но как это возможно?

Частица света — фотон — относится к безмассовым частицам. То есть его масса равна нулю. Такие частицы всегда движутся со скоростью света. Безмассовые частицы могут менять направление движения, энергию и импульc.

1.

Если фотон не имеет массы, почему черная дыра затягивает свет
Черная дыра притягивает вещество с помощью своей гигантской гравитации. Как же она затягивает безмассовую частицу? Ведь, как мы прекрасно помним из формулы силы притяжения, она зависит от произведения масс. Если у одного из объектов масса равна нулю, то и сила притяжения, соответственно, равна нулю. Как же черная дыра притягивает фотон?

С точки зрения ньютоновской гравитации это, и правда, невозможно. Но объекты типа черных дыр невозможно просчитать с помощью ньютоновской физики. Для них используют общую теорию относительности.

Здесь пространство-время искривлено материей. Все объекты продолжают двигаться по прямым траекториям также, как двигались раньше. Просто пространство-время здесь бесконечно искривлены.

Черная дыра создает, так называемый, гравитационный колодец. Принцип его такой.

2.

Гравитационный колодец.
Если фотон не имеет массы, почему черная дыра затягивает свет
Представьте себе бесконечный колодец. Если в него упадет, скажем, капля воды – она будет двигаться по прямой. И бесконечно долго. Но с внешней стороны капля просто исчезла, хотя она существует и движется.

Фотон и дальше продолжает лететь по прямой линии, но для наблюдателя он скрыт. Исчез, так как залетел в гравитационный колодец.

Черная дыра сгибает и даже растягивает пространство к своему центру.

Ведь фотону нужно пространство, чтобы двигаться — он летит по траектории.

Представьте себе шоссе… Вы можете ехать только там, где проложен асфальт. А теперь представьте, что само шоссе движется с такой скоростью, что даже если вы попытаетесь повернуть назад и двигаться против движения шоссе, вы не сможете.

Если свет попал внутрь черной дыры, тут пространство пространство растягивается таким образом, что фотонам — чтобы выбраться, нужно суметь изменить направление и двигаться быстрее света. А для фотона это невозможно.

К тому же, фотон не пропадает в черной дыре навеки. Черная дыра постепенно испаряется, испуская частицы. Эту гипотезу выдвинул Стивен Хокинг, потому явление и названо в его честь – излучением Хокинга. То есть попадание вещества и света в недра черной дыры — не билет в один конец. Оттуда можно выбраться, правда процесс очень медленный.

Гравитация не может замедлить фотоны, но она забирает у них энергию, поэтому они смещаются в красную область. То есть фотоны выходят уже ослабленными, красного спектра. Это уже не те фотоны, которые когда-то в нее залетели.

3.

Черная дыра постепенно испаряется. Излучение формируется за пределами горизонта событий.
Если фотон не имеет массы, почему черная дыра затягивает свет
Впрочем, масса фотона в некоторых случаях может быть и не нулевой. Это гипотетический тяжелый фотон, экспериментально пока не обнаруженный. И он может обладать массой. Просто очень маленькой. По оценкам астрофизика Дмитрия Будкера из университета Гутенберга, масса тяжелого фотона не может превышать 10 в минус 18 степени электронвольт (в физике электронвольтами измеряют массу микрочастиц).

В таком случае, черные дыры могут и взаимодействовать с фотоном, притягивая их с помощью классической гравитации.

Поделиться этим:

Наука и технологии 3 декабря, 2021 1 187 просмотров

Третий вариант — фотоны входят в круговую орбиту внутри чёрной дыры… поэтому они не вылетают и продолжают беспрепятственно двигаться по кругу.
Черная дыра, в такой гипотезе, — это макро атом, где вместо электронов по орбите летают фотоны.

| Ответить Скрыть ответы ∧

Если фотон не имеет массы, почему черная дыра затягивает свет

1.

2.

3.

Смотрите также:

Комментарии