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科學報 科學文摘 宇宙

當光子沒有質量時,黑洞是如何彎曲光的軌跡的?


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更新日期:2022307
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是以一種類似於溫度變化的方式導致聲波彎曲的,通過羅德·納夫的海波物理,你可以知道空氣中的聲波在晚上是如何向下彎曲的,原因是靠近地面的冷空氣密度更大。

了解聲折射

對於光子和引力來說也是類似的。不要把光子當作台球粒子,因為它們有著高頻電波的特性。

不過請注意愛因斯坦在1916年說到:“光線的彎曲只發生在光速是空間變量的地方”。

他沒有說光“遵循時空的曲率”,這就是所謂的對孩子撒謊。

光子概念圖

時空曲率與勢的二階導數和潮汐力有關,引力與勢的一階導數有關。你所在的房間裏沒有可檢測到的潮汐力,所以也沒有可檢測到的時空彎曲,但是你的鉛筆還是會掉下來,這是很容易被發現。

愛因斯坦也沒有說“光遵循測地線”。測地線是一種抽象的東西,它實際上並不存在。然而,造成光線彎曲的物理現象確實是存在的。

測地線

空間有著“非均勻非各向同性”的性質,正如夜間的空氣既不均勻也不各向同性一樣。在某種程度上,靠近黑洞的空間“密度更大”,但這種密度不是一般意義上的密度,因為空間不同於空氣,它們性質上是不同的。

amocity
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圖源:wjbaike

關於這個問題的另一個觀點,可以看看奈德·賴特教授的文章——《偏轉和延遲》。他說到:“在一個非常現實的意義上,光線通過一個巨大物體所經歷的延遲是光線偏轉的原因”。它與夜間的聲音非常相似,而至於這為什麼不是常識,我並不清楚。

不久前我和維基百科的編輯談論到,光速可變理論的文章現在談到了愛因斯坦1911年後的提議。它是這樣說的:“在這種用法中,除了作為一個可變的標量速度,再也沒有其他方法可以用來解釋光速。”它還說:“彼得·伯格曼不同意愛因斯坦的觀點,但是他為了得到愛因斯坦的支持,在1942年的早期著作中沒有提及這一爭論。”1936年至1941年間,彼得·伯格曼在普林斯頓做愛因斯坦的助手。在1942年他寫了第一本關於廣義相對論的教科書。愛因斯坦去世後,“伯格曼在1968年寫了一本新書,聲稱矢量光速可以改變方向,但不能改變速度大小,這已成為科學界的主流觀點”。我倒認為這種流行的觀點是錯誤的。我對很多東西有著很大影響,包括黑洞物理學,所以我預計這將需要相當長的時間來改變。改變科學界的主流觀點,就如同是在改變超級油輪的航向一樣困難。

這裏有幾個問題。光確實不會“跟隨時空的曲線”(不管那意味著什麼但是確實,我以前也聽說過)。然而,正是時空的曲率產生了光的彎曲,但時空彎曲不僅僅與潮汐力有關。位於時空平坦區域的物體不會“墜落”,因為潮汐力與時空的“內在”曲率有關,而不是所有的曲率。這意味著在沒有潮汐場的情況下,你可以切換到一個時空是平坦的參照系,因此曲率不是“內在的”但是在那個參照系中,沒有重力加速度,你的參考系是“下降”的鉛筆(說),所以沒有鉛筆的加速度被觀察到。這就是行動中的等效原理。

圖源:weijibaike

光確實遵循測地線。我不知道他們為什麼要暗示測地線是抽象的這一事實,使得這在某種程度上變得不可能。拋物線也是抽象的概念,這並不妨礙(理想化的)平拋運動遵循它們。測地線的含義不是物體被約束的某種“軌道”,也不是“遵循測地線”的意思。它們就是慣性路徑的意思。

你絕對可以用一種方式來分配時間坐標,這種方式可以導致光速隨位置而變化。只有在局部時空度量方面,真空得到的速度測量結果會因位置不同而不同,這一點毫無爭議。這完全取決於中的光速才具有固定值c。如果你使用的是某個遠距離觀察者的時鐘,而不是光線經過的時鐘,你如何定義你的術語。順便說一句,一旦你這樣做了,就沒有理由把聲音比作空氣中的溫度梯度了因為光速的變化已經成為光線通過非均勻介質時折射的原理。

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amocity
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光速概念圖

另外,費馬原理基本上是一個測地學原理,它只是在討論不同的不均勻性來源。你似乎對此知之甚多,以至於給自己惹上麻煩(例如假設大的、糟糕的科學機構是遲鈍的,而不是你只是錯過了某些東西)。我建議,談到你在這裏提出的那些主張時,至少要裝出一點克制的樣子。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3. quora-藍多多

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