根据光速不变原理和相对性原理可以推出(参见爱因斯坦论文《论动体的电动力学》)
m=m0/√(1-(v/c)^2)
m0是物体在本征系(自身参考系)中的质量,而m则是物体在观察者中的质量,v是相对观察者参考系的速度物体相对观察者的速度越大,测得的质量也越大。
也就是,速度越大,质量越大。
那么,问题来了
当一个物体的速度无限接近光速。那么他的质量将无穷大。
那么光是光速,那么,依据爱因斯坦的理论,光的质量将会是无穷大。
你,为什么没有被光砸死呢?
为了解决问题,我拟定了两个答案:
1:光没有实际质量。
光具有波粒二象性,一束光是波;单个光子是粒子,只有在运动时才有质量。
2:光的质量无穷小
光的质量无穷小,和速度带来的无穷大的加成抵消了。
那么,为了解决问题,我们来看一看这个宇宙产物—黑洞
黑洞,利用其庞大无比的质量,通过万有引力吸引着周围所有的物质靠近与其结合为一。
连光也无法逃脱束缚。
那么,如果光没有质量,怎么会产生万有引力,怎么会无法摆渡束缚呢?
所以,1 是错的? 光有质量,但只是比较微小?
为此,我百度了一下。
光既然没有质量,那么根据万有引力定律,就不会受到任何引力作用,所以黑洞的存在对光应该没有影响才对。
但光没有质量的同时,也会使得牛二定律F = ma成为一个很古怪的形式,此处m = 0意味着,即使F = 0,也可以有任意的加速度。
所以光注定是一个经典力学无法解释的东西。
时空曲率
必须用广义相对论来解释,广义相对论的等效原理创造性的将万有引力定律和牛二定律结合在一起,认为质量所产生的万有引力,等价于反向(相对于力的方向)的加速度。
爱因斯坦用一个思想实验来说明这一原理可以简单的得出引力将使得光线偏转的结论:
在浩瀚的宇宙中,有一个太空船在X方向向上加速,其加速度为10m/s^2。
假设密封的太空船内有一个宇航员及一个铅球。
该宇航员在太空船内拿起一块铅球,他感受到铅球有重量。
不单如此,他自己亦感受到自身有重量,他认为这有两个可能性:
一:是太空船在太空中正在X方向向上(相对于太空人)加速。虽然附近没有任何星球或重力场,太空人仍会感觉到因铅球及自身的惯性关系有下坠的倾向,这就是惯性力。
二:是太空船可能停在一颗行星上,其引力场强度是9.8N/kg,它利用万有引力来拉扯著铅球及自己,使他感到铅球及自己的重量。
这个实验非常好理解,但是爱因斯坦的伟大之处在于,他想到了这个:
假设有一个“静止”的升降机中的观察者看到外面射进去的光是直线进行的;
当升降机向上加速时,他会发现光会沿向下的弯曲曲线行进,光沿向下的曲线弯曲是因为参考系被加速;由于等效原理成立,光在引力场中必然有相同的现象。
即,如若引力场不能使得光线偏转,那么观察光线是否偏转便能得知目前是在引力场还是存在加速度。
所以,引力场必然将使得光线偏转,并等价于反向加速度所产生的效果。
所以,我们的问题得到了解决,黑洞 并不是依靠万有引力来吸引光的,而是因为:
黑洞强大的质量改变了黑洞周围的空间,影响了曲率,光依然是走直线,但空间已经不是直线了。从旁观者的角度看,仿佛是被吸引了过去一般。
光没有质量,确切地说是没有「静」质量。光是有动质量的。实际上光是一直在跑的。
所以,光不可能将你砸死,但
这也不代表光没有力量,光压就是最好的证明,你在太空中发射光,光压甚至会带给你反方向的力。
图文编辑 |邓岩松
审核 |彭星媛
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