已知,宇宙中存在某一黑洞,其質量為M。我們根據史瓦斯半徑明白其R=2GM/c2。
我們根據史瓦斯半徑明白其視界半徑為R=2GM/c2。如圖所示。
現知道E(g)=mgh,其中g=GM/R2,并且R=2GM/c2。E(k)=1/2mv2。可以得到v=c。
如圖所示。一個物體沿黑洞視界切入。
根據GMm/R2=mv/R,且R=2GM/c2,所以得到v=(√2/2)c。我們知道假設v滿足逃逸要求,那么必須如下條件。
v=(√2/2)c。
2v=at。
a=GM/R2。
R=2GM/c2。
I = 1/2at2。
所以 l =4GM/c2=2R。
如此說來v=(√2/2)c,剛好是其逃逸速度,這與史瓦斯半徑要求的c值要小。所以導出矛盾。
那么到底怎樣分析黑洞視界半徑呢?如圖所示。
R為黑洞視界半徑,r為黑洞實體半徑。其中黑洞視界半徑R環處要求速度為光速c,且方向延半徑方向向外,而黑洞實體半徑r要求的速度為V(x)。光子的路徑如下圖所示。
根據機械能守恒,我們知道。
mg(R -r)= 1/2mⅤ2(x)-1/2mc2。
GMm/r2=mⅤ2(x)/r。
得到Ⅴ(x)=(√6/2)×c 。
r=GM/c2。
我們再將m的速度分解為Ⅴ1和Ⅴ2。如下圖所示。
可以得到:
mgr=1/2mⅤ2(1),且GMm/r2=mV2(x)/r。
mgR=1/2mV2(x)- 1/2mⅤ2(2)。
所以Ⅴ(1)= (√2/2)c。
Ⅴ(2)= (√2/2)c。
假設其入射角為α,那么tan(a)=1。
所示α=arc(tan√1)=45°時光子剛好為其逃逸角度。當角度小于α時光子可以逃逸。