网友问:光的质量为零,为何黑洞还能使光线弯曲?

光的静止质量为零,但是光具有动质量,而且在黑洞这样极端的天体面前,牛顿力学已经失效,需要用广义相对论来解释。

在牛顿力学中,万有引力定律描述了两个物体之间的引力大小,但是牛顿力学只是相对论力学在弱场下的近似,实际上像白矮星那样的天体,使用牛顿力学描述引力分布也有着不错的精度。

但是黑洞的引力实在太强了,只有广义相对论才能很好地描述黑洞性质,在黑洞内部,空间无限折叠,所有质量都集中于黑洞奇点处,奇点处的引力无穷大。

在广义相对论中,空间弯曲才是引力的本质,只是我们把空间弯曲导致的现象,理解成某种力的相互作用而已,实际上这个“力”并不存在。

在空间中,能量和动量的分布决定了空间的弯曲情况,就如一个重球放置在弹性的悬空地毯上,重物会把地摊压出一个凹陷来;这就有点类似引力场中的空间弯曲,只过不后者是三维的。

光线在真空中传播,由于空间弯曲了,所以光线也会跟着弯曲,下图就是一个方向上,黑洞对周围光线的弯曲情况(图片来源于欧洲天文台官网)。

可以看到,黑洞周围的光线弯曲十分严重,越靠近黑洞的中心,光线弯曲越严重,甚至我们能看到黑洞后面发出的光线。

在2019年4月10日,欧洲天文台发布了世界上首张黑洞照片,中间暗色区域直径大约是黑洞视界直径的2.5倍,由于黑洞强大的引力作用,中间的光线被黑洞吸收,照片中呈现暗色,周围的发光环,则是黑洞的吸积盘。