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在大家的认知中，一个物体在引力场中一直往下掉，它的速度似乎并没有限制，只要这个距离足够长而且中心质量体无限大，那么终有一天这个下坠速度会超过光速？但事实上却不会发生这样的情况，我们从两个角度来解释这个有趣的问题，如果您信任爱因斯坦，那么请看第一个解释，如果你不信，那么请看第二个解释。 自由落体与能量守恒牛顿力学中的自由落体加速度计算应该是比较熟悉的，毕竟中学里就有，不妨来回忆下。 V=GT V就是光速，G为重力加速度，选择种花家最近的上海 g=9.794米/秒^2为参考 T=V/G=299792458/9.794=354.28天 如果按照经典力学的解释，在这个恒定的引力场自由落体加速下，一年不到即可达到光速，当然从理论上来看，一年之后就该超过光速了。但事实上在这个情况是不存在的，因为牛顿经典力学它的应用范围是低速运动，比如10%光速以内，它的误差还是比较小的，一旦超过这个范畴，它的误差会越来越大，比如质速就遵守如下曲线关系。 就像计算黑体辐射的公式一样，维恩公式和瑞利-金斯公式都存在各自适合的范围，因为黑体辐射大家都知道，也能计算，所以普朗克的黑体辐射公式很容易就获得了信任，但质速关系很难理解，因为我们还达不到这样的速度，但其实在近地轨道的卫星就必须考虑它所带来的钟慢效应（和质速增加比例是一致的）。那么如何才是考虑整段速度的计算方式呢？放心，爱老头已经给我们准备好了。 综合一下，公式就是：E=mc^2/√(1-v^2/c^2) -mc^2 上述公式中m为物体的静止质量，在相对论质增效应下，这个速度会越来越慢，最终趋向于0，所以这个E的能量增加是有限的，最终的速度也无法超过光速。 黑洞的吸积盘除了黑洞外，在宇宙中找不出任何一个与文中假设条件相似的去处，因为它的逃逸速度超过光速，连光都无法逃脱，那么物质在下落过程中会超过光速吗？其实在这个话题中有一个非常令人迷惑的陷阱，因为很多朋友认为： 在越过了视界之后物体存在超光速下坠现象 其实种花家要给出的答案是，越过了世界之后物体的速度可能比物质在吸积盘中的速度还要慢，为什么呢？且听种花家做个简单分析，如果您觉得不合理，不妨留言或者私信讨论。 1、为什么物质不会直直下坠？ 我们观测到的现象是黑洞或者中子星甚至白矮星与恒星诞生，都伴随着一个吸积盘，这是因为物质在引力场中下坠的过程并不是理想的状态，而是会受到多方影响，因此它下坠的理想直线将会成为一条螺旋曲线，因为存在了切线方向的加速分量，环绕着下坠成了必然选择。 2、越过了视界之后会超过光速吗？ 这是很多科普作者误解的地方，尽管黑洞视界内我们不可能了解，但可以根据现有的物理规律去推测黑洞视界内的情况。 根据引力场中的时间交换比来推算，在越过黑洞视界时，它的时间将是停滞的，越过视界之后呢？它会倒流吗？很明显不能，会加速吗？没有理由！最大的可能是它仍然是停滞的，那么过了视界之后无论它将以多快的速度下坠，对于无限长的时间来说，它的速度也许比你的步行还要慢，如果以观测者的时空来分析这个下坠，它永远都掉不到“黑洞的中心”！ 很有意思的一个讨论话题，居然牵扯车黑洞视界内的世界，其实《三体》中掩体世界里就有一个捕获的黑洞，有一个人掉下去了，他最后的身影留在视界上，在掩体世界的时空观来看，他永远都会停留在这个生死之间的阶段，刚开始的时候不明白，但后来了解了黑洞的德行之后也就明白这个道理。这就是广义相对论的时空观，在宇宙的不同条件的区域，时间的流逝是不一样的。 |
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