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引力是如何逃脫黑洞的
沒有什么能超過光速，而黑洞能陷住包括光在內(nèi)的一切東西。
那么，引力是如何逃脫黑洞的呢?這個問題很有趣，這能讓大多數(shù)人真正理解引力。
答案是，引力的作用方式并不是一般人所想的那樣。
對于引力最直觀的認識無外乎這是兩個物體之間的作用力。
例如，地球?qū)υ虑蚴┘右Γ虑驅(qū)Φ厍蛞嗍侨绱恕?/p>
牛頓在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律時，就使用了這種引力的“力學模型”。
直到1900年代早期，這才被確定為引力理論，至今我們?nèi)栽谑褂谩?/p>
但在構(gòu)造這個引力模型時，使用了一些假設(shè)。
假設(shè)我們有一個只有單一質(zhì)量的宇宙。
想象一個朝四面八方延伸的空間，所有質(zhì)量都集中在其中心，我們記為A。
那這樣的質(zhì)量是否具有引力?如果引力只是一個物體與另一個物體之間的相互作用力，那么這個答案就是否定的。
沒有其他的質(zhì)量能給A施加引力，所以沒有引力。
如果在這個宇宙中增加一個質(zhì)量，記為B，那么B和A將會互相施加力的作用，這樣引力就會存在。
但引力只存在A和B之間，而宇宙的其他空蕩地方則就沒有。
這個力學模型存在的一個問題就是它需要質(zhì)量跨空間對另一個質(zhì)量施加力的作用。
這個“超距作用”的問題由法國數(shù)學家、天文學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)在1800年代早期部分解決。
他的想法是，質(zhì)量肯定是通過某種能量與另一個質(zhì)量產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，他稱之為場。
另一個質(zhì)量把這種場感受為一個作用于它們身上的力。
所以如果我們再次想象一個孤獨宇宙中的質(zhì)量A，我們會說A有一個圍繞著它的引力場，即使宇宙中沒有其他質(zhì)量。
這消除了超距作用的需要，因為當我們把質(zhì)量B放入到宇宙中時，它只是感受到這個位置的引力場，并受到引力的作用。
我們知道這個引力場是由于一些距離外的A，而B只是感受到在其位置有一個引力場。
這個力學模型和牛頓萬有引力的引力場模型都給出了相同的預(yù)測，所以在實驗上這二者并無區(qū)別。
然而，場的概念更容易用數(shù)學來處理，并且場也被用來描述電和磁之類的東西，所以我們一般把牛頓引力視為一種場。
但這又會引發(fā)另一個問題。
假設(shè)在A和B的宇宙中，我們突然改變A的位置，那B感受到這個改變需要多長的時間呢?換言之，如果我們改變了A的位置，這個改變將會以多少速度在引力場中傳播呢?當拉普拉斯思考這個問題時，他發(fā)現(xiàn)引力場中的變化會立即發(fā)生。
“引力的速度”將會是無限的。
例如，如果引力以光速傳播，地球所圍繞的引力中心將是8.3分鐘前的太陽位置(光從太陽傳播到地球需要8.3分鐘的時間)。
因此，地球的軌道會隨著時間的推移而變得不穩(wěn)定。
當時，認為引力作用的速度是無限的這個觀點并不被視為一個問題。
事實上，它是用作一種論據(jù)來反駁當時所提出的替代引力觀點。
但在1900年代早期，愛因斯坦提出了狹義相對論，指出沒有什么能超過光速。
如果是這樣的話，那么我們的引力理論就會出問題了。
到了1915年，愛因斯坦提出了一種新的引力理論，這就是廣義相對論，它同時能滿足牛頓的引力模型和狹義相對論。
今年年初，LIGO已經(jīng)成功探測到引力波
根據(jù)理論，當兩個大質(zhì)量天體(如中子星)互相環(huán)繞時，它們就會產(chǎn)生引力波，并向外輻射出來。
這些引力波將會以光速傳播。
而在今年年初已經(jīng)成功地探測到了引力波的存在。
但如果引力以光速傳播，這是否意味著天體的軌道肯定不穩(wěn)定?事實上，并不是的。
當拉普拉斯研究有限速度的引力時，他只考慮引力速度的影響。
但在狹義相對論和廣義相對論中，有限的光速會導(dǎo)致其他影響，如由于相對運動產(chǎn)生的時間膨脹效應(yīng)以及質(zhì)量的明顯改變。
在數(shù)學上，這些效應(yīng)是源自龐加萊不變性的性質(zhì)。
由于這種不變性，引力的時間延遲和時間與質(zhì)量的速度依賴效應(yīng)相互抵消，這樣有效的質(zhì)量就會吸引有質(zhì)量的地方。
這種抵消效應(yīng)意味著，對于軌道運動而言，引力就好像是瞬時作用的。
但是等一下，既然引力場有一個有限的速度，那怎么又能產(chǎn)生瞬時作用呢?實際上，引力場并不能這樣。
但在廣義相對論中，引力不是一種能量場。
早在牛頓之前，一般都會假定在特定的時間下，物質(zhì)和能量場在空間中會相互作用。
通過這種方式，時間和空間可以被視為一個事情發(fā)生的背景。
空間和時間被視為可以度量的宇宙網(wǎng)格。
在發(fā)展狹義相對論時，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，空間和時間不能是一種絕對的背景。
牛頓認為，同一時間發(fā)生的兩個事件，在所有觀測者看來都是同時的。
但是愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，光速的恒定需要“現(xiàn)在”這個概念是相對的。
以不同速度移動的不同觀測者會對事件發(fā)生的順序產(chǎn)生分歧。
地球附近的時空扭曲
這一原則在愛因斯坦的引力理論中被發(fā)揚光大。
在廣義相對論中，引力不是一種能量場。
相反，質(zhì)量扭曲了空間和時間之間的關(guān)系。
如果我們回到之前的例子中，如果我們把質(zhì)量A置于一個空無的宇宙中，其周圍的空間和時間的關(guān)系被扭曲了。
當我們把質(zhì)量B置于附近時，其周圍的時空扭曲意味著會朝向質(zhì)量B移動。
這看起來就像B被一股力拽向A，但實際上這是由于時空扭曲的事實。
正如物理學家約翰?惠勒曾經(jīng)說過：“時空告訴物質(zhì)如何移動;物質(zhì)告訴時空如何彎曲。”
這就是為什么引力作用看似瞬時，但引力波卻以光速傳播。
引力并不是一種在時空中傳播的東西，引力就是時空。
黑洞由于其龐大的質(zhì)量，是一種極端扭曲時空。
這樣的時空扭曲可以阻止光和物質(zhì)逃脫。
但時空扭曲也是引力，它不需要逃離黑洞，因為它就是黑洞。
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