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一個物體黑洞中無限往下掉,會超光速嗎?不會,它可能比步行還慢

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樓主
online_member 發表于 2019-9-15 22:40:54 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
在大家的認知中,一個物體在引力場中一直往下掉,它的速度似乎并沒有限制,只要這個距離足夠長而且中心質量體無限大,那么終有一天這個下墜速度會超過光速?但事實上卻不會發生這樣的情況,我們從兩個角度來解釋這個有趣的問題,如果您信任愛因斯坦,那么請看第一個解釋,如果你不信,那么請看第二個解釋。
一個物體黑洞中無限往下掉,會超光速嗎?不會,它可能比步行還慢48 / 作者:光頭人1 / 帖子ID:53719,211823


自由落體與能量守恒
牛頓力學中的自由落體加速度計算應該是比較熟悉的,畢竟中學里就有,不妨來回憶下。
V=GT
V就是光速,G為重力加速度,選擇種花家最近的上海 g=9.794米/秒^2為參考
T=V/G=299792458/9.794=354.28天
如果按照經典力學的解釋,在這個恒定的引力場自由落體加速下,一年不到即可達到光速,當然從理論上來看,一年之后就該超過光速了。但事實上在這個情況是不存在的,因為牛頓經典力學它的應用范圍是低速運動,比如10%光速以內,它的誤差還是比較小的,一旦超過這個范疇,它的誤差會越來越大,比如質速就遵守如下曲線關系。
一個物體黑洞中無限往下掉,會超光速嗎?不會,它可能比步行還慢84 / 作者:光頭人1 / 帖子ID:53719,211823


就像計算黑體輻射的公式一樣,維恩公式和瑞利-金斯公式都存在各自適合的范圍,因為黑體輻射大家都知道,也能計算,所以普朗克的黑體輻射公式很容易就獲得了信任,但質速關系很難理解,因為我們還達不到這樣的速度,但其實在近地軌道的衛星就必須考慮它所帶來的鐘慢效應(和質速增加比例是一致的)。那么如何才是考慮整段速度的計算方式呢?放心,愛老頭已經給我們準備好了。
一個物體黑洞中無限往下掉,會超光速嗎?不會,它可能比步行還慢13 / 作者:光頭人1 / 帖子ID:53719,211823


綜合一下,公式就是:E=mc^2/√(1-v^2/c^2) -mc^2
上述公式中m為物體的靜止質量,在相對論質增效應下,這個速度會越來越慢,最終趨向于0,所以這個E的能量增加是有限的,最終的速度也無法超過光速。
黑洞的吸積盤
除了黑洞外,在宇宙中找不出任何一個與文中假設條件相似的去處,因為它的逃逸速度超過光速,連光都無法逃脫,那么物質在下落過程中會超過光速嗎?其實在這個話題中有一個非常令人迷惑的陷阱,因為很多朋友認為:
在越過了視界之后物體存在超光速下墜現象
其實種花家要給出的答案是,越過了世界之后物體的速度可能比物質在吸積盤中的速度還要慢,為什么呢?且聽種花家做個簡單分析,如果您覺得不合理,不妨留言或者私信討論。
一個物體黑洞中無限往下掉,會超光速嗎?不會,它可能比步行還慢96 / 作者:光頭人1 / 帖子ID:53719,211823


1、為什么物質不會直直下墜?
我們觀測到的現象是黑洞或者中子星甚至白矮星與恒星誕生,都伴隨著一個吸積盤,這是因為物質在引力場中下墜的過程并不是理想的狀態,而是會受到多方影響,因此它下墜的理想直線將會成為一條螺旋曲線,因為存在了切線方向的加速分量,環繞著下墜成了必然選擇。
2、越過了視界之后會超過光速嗎?
這是很多科普作者誤解的地方,盡管黑洞視界內我們不可能了解,但可以根據現有的物理規律去推測黑洞視界內的情況。
一個物體黑洞中無限往下掉,會超光速嗎?不會,它可能比步行還慢24 / 作者:光頭人1 / 帖子ID:53719,211823


根據引力場中的時間交換比來推算,在越過黑洞視界時,它的時間將是停滯的,越過視界之后呢?它會倒流嗎?很明顯不能,會加速嗎?沒有理由!最大的可能是它依舊是停滯的,那么過了視界之后無論它將以多快的速度下墜,對于無限長的時間來說,它的速度也許比你的步行還要慢,如果以觀測者的時空來分析這個下墜,它永遠都掉不到“黑洞的中心”!
一個物體黑洞中無限往下掉,會超光速嗎?不會,它可能比步行還慢32 / 作者:光頭人1 / 帖子ID:53719,211823


很有意思的一個討論話題,居然牽扯車黑洞視界內的世界,其實《三體》中掩體世界里就有一個捕獲的黑洞,有一個人掉下去了,他最后的身影留在視界上,在掩體世界的時空觀來看,他永遠都會停留在這個生死之間的階段,剛開始的時候不明白,但后來了解了黑洞的德行之后也就明白這個道理。這就是廣義相對論的時空觀,在宇宙的不同條件的區域,時間的流逝是不一樣的。
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