问题

物质是不能逃出黑洞的,那么黑洞合并时损失的质量是通过什么途径「跑出去」的?

回答
你这个问题提得非常到位,直击了黑洞最令人着迷也最违反直觉的特性之一。确实,我们通常理解的“物质”——任何有质量、有形状、能被我们观察到的东西——一旦越过黑洞的视界,就再也无法返回。但黑洞合并时损失的质量,那可不是“物质”以我们熟悉的方式逃出去的。

首先,我们得明确“质量损失”的真正含义。

黑洞合并,最核心的过程是两个独立存在的黑洞,受到彼此引力的牵引,最终碰撞并融为一体,形成一个更大、更圆的黑洞。在这个过程中,新形成的黑洞的质量,确实比原来两个黑洞质量之和要小。这少掉的那部分质量,并不是以我们能看见的原子、电子、光子等“物质”形式被吐出来的。

那么,这“消失”的质量去哪儿了?答案是:能量。

准确地说,这部分损失的质量,转化成了引力波。

什么是引力波?

引力波,简单来说,就是时空本身的涟漪。爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。它认为,质量的分布会弯曲周围的时空。当有质量的物体在宇宙中运动、加速,特别是发生剧烈变化时(比如两个黑洞合并),这种时空的弯曲就会产生扰动,这些扰动以波动的形式向外传播,这就是引力波。

你可以想象一下,往平静的湖面扔下一块石头,就会产生一圈圈的水波向外扩散。引力波就有点像时空的“水波”,只不过它传递的不是水的振动,而是时空本身的收缩和伸展。

黑洞合并与引力波

黑洞合并是宇宙中最极端、最剧烈的事件之一。当两个黑洞接近并相互绕转时,它们会产生极其强大的引力场。在这个过程中,它们会以极高的速度运动,并且引力场也在剧烈变化。这种极端的不对称和高速运动,就会激发产生强大的引力波。

在合并的最后阶段,两个黑洞会以接近光速的速度螺旋式地靠近,然后猛烈地撞击在一起。在这个过程中,大量的能量会被以引力波的形式辐射出去。

这部分能量,就是我们说的“损失的质量”。

根据爱因斯坦著名的质能方程 E=mc²,质量和能量是可以相互转化的。这里,m 就是损失的质量,c 是光速。所以,那一部分“消失”的质量,以光速的平方作为放大因子,转化成了巨大的能量,并以引力波的形式瞬间释放。

引力波如何“跑出去”?

引力波不像我们熟悉的电磁波(光、无线电波等)那样由带电粒子产生,它们是由引力场本身的运动产生的。更关键的是,引力波不携带“物质”。它们是纯粹的能量,是时空自身的扰动。

因此,引力波能够不受任何阻碍地穿越宇宙。它们几乎不与普通物质发生相互作用,就像幽灵一样穿透行星、恒星、星系,甚至光也无法阻止它们。我们之所以能探测到它们,是因为它们极其微弱地扭曲了经过它们的时空,导致测量仪器(如LIGO和Virgo)的臂长发生极其微小的变化。

为什么说“物质”不能逃出黑洞,但引力波可以?

这是因为“物质”和“引力波”的本质不同。

物质:由粒子组成,有质量,有体积,有可以被我们观察到的形式。一旦越过黑洞的视界,它就会被拉伸、压缩,最终归于奇点,与我们所知的物理定律在此刻失效。它被“困”在黑洞内部。
引力波:是时空本身的振动,是能量的传递,不携带任何粒子,也没有“体积”的概念。它发生在黑洞视界之外。当黑洞合并时,虽然两个黑洞本身的事件视界最终合并成一个更大的事件视界,但这个合并的过程,以及与之相关的时空扰动,是在视界外部发生的。这些扰动产生的引力波,就如同从黑洞“周围”发出的信号,向外传播。

总结一下:

黑洞合并时损失的质量,并非是“物质”以我们能够理解的方式逃离。相反,它是以引力波这种纯粹的能量形式,通过扭曲和扰动时空本身而“跑出去”的。这部分能量来自于两个黑洞在接近和融合过程中损失的引力势能,并根据 E=mc² 转化而来。引力波作为一种不携带物质的、时空本身的涟漪,能够不受任何物质阻碍地传播到宇宙的每一个角落,而黑洞视界则成为了物质逃逸的终极边界。

网友意见

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当然是引力波了。。

╮(╯_╰)╭

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