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비 회전 (구형 대칭) 블랙홀의 경우 광자 구는 중력이 강한 공간의 구형 영역입니다. 광자 (빛 입자)가 궤도를 따라 이동하도록 강요 할 수 있습니다. 이것은 광자가 궁극적으로 떨어지거나 나선형으로 나올 때까지 블랙홀 주위를 이동한다는 것을 의미합니다. 이것은 불안정한 궤도이기 때문에 둘 중 하나를해야합니다. 다른 질량과 중력파 등으로부터 항상 작은 섭동이 있으며, 광자는 정확한 고전 입자 궤적을 따르는 대신 회절합니다.
광자 구체는 블랙홀 주변에 존재합니다. 여기서 “충격 매개 변수”(오프셋 거리) 블랙홀에서)는 광자가 포착하기에 충분한 경계선에 있습니다.
이미지 출처 : RealClearScience (편집 됨)
광자가 블랙홀 (빛이 빠져 나갈 수없는 영역)의 이벤트 지평선에 접근하면 충분한 각운동량을 가진 빛 입자가 피합니다. 출구 원뿔 (주황색 경로)으로 알려진 거의 접선 방향으로 이동하여 블랙홀로 끌려갑니다.
이 원뿔의 경계는 b의 중력 우물을 벗어나기에 충분한 각운동량이 없습니다. 구멍이없는 대신 일시적으로 블랙홀을 공전합니다 (파란색 경로). 이러한 궤도는 불안정합니다. 즉, 블랙홀 주변의 유한 각도를 통해 구부린 후에 광자가 뒤로 구부러 지거나 구부러집니다. 비유로 아래 비디오에서 광자가 어떻게 블랙홀로 나선형으로 나선형을 이루는 지보십시오.
이미지 : 저작권 © 2017 Martin Silvertant. All rights reserved.
광자 구체는 Schwarzschild 반경 (블랙홀 이벤트 수평선의 크기를 정의하는 반경)의 1.5 배에 있습니다. 블랙홀에서 멀어 질수록 중력은 약해지고, 반 안정 궤도를 유지하기에 충분한 중력이 광자 구체에 있습니다.
궤도의 광자에 대한 흥미로운 점은 그들은 이전 궤도에서와 같은 위치를 통과 할 수 있습니다. 만약 당신이 어떻게 든 Schwarzschild 반경의 1.5 배에있는 블랙홀 위에 자신을 붙들고 있다면 꽤 흥미로운 효과를 가져올 수 있습니다. (3 Schwarzschild 반경 내부에는 안정적인 궤도가 없습니다.)
예를 들어 머리 뒤쪽에서 반사 된 광자는 블랙홀 주위를 이동하여 잠재적으로 사용자의 위치에 접근하여 눈에 들어갑니다. . 따라서 자신의 머리 뒤를 효과적으로보고 있습니다!
이미지 : copyright © 2017 Martin Silvertant. All rights reserved.
물론, 실제로 개별 광자는 서로 약간 다른 궤도를 따르므로 이들 중 하나라도 완전한 위치가 아닌 당신과 똑같은 위치를 통과하더라도 머리 뒷면의 이미지는 눈에 들어오는 아주 적은 수의 광자에서 나온 얼룩 만 볼 수 있으며 실제로는 머리의 어떤 부분으로도 식별 할 수 없습니다.
궤도에 대해 자세히 알아보기 스티븐 셀립 스키 (Stephen Selipsky)의 대답에서 빛이 궤도에 들어갈 수 있습니까?
답변
광자는 탐지기에 흡수되기 전까지는 방향이나 위치가 없습니다. 광자를 방출하는 전자는 특정 “방사선 패턴”으로 EM을 분출하는 무선 안테나와 동일한 일을하고 있지만… 장 에너지가 연속적이 아니라 양자화되는 경우 (광자는 작은 총알과 같지 않습니다. 부피를 채우는 양자 장의 에너지 단계.)
예, 전자 방출의 확률 파동 함수는 구입니다. 속도 c로 확장되지만이 구에서 광자를 찾을 확률은 쌍극자 안테나의 전력 밀도와 같습니다.이 원에 수직 인 전기 분극을 갖는 구의 “적도”주변의 강한 원형 밴드입니다. 따라서 우리는 구의 “적도”에서 최대 광자 확률을 갖고 극에서 확률이 0 인 EM 구형파와 유사한 것을 갖게됩니다. (구의 패턴은 토러스의 그림자와 유사합니다.)
단일 전자는 어떻습니까? 전자의 가속 방향이 무작위 일 때마다 (원자 전환과 마찬가지로 불확실) 광자의 구형 확률 분포는 여전히 유지되지만 표면에서 광자 확률 패턴의 방향은 불확실합니다. 그러면 “극점”과 “적도”가 어디에나 위치 할 수 있으며 광자의 편광은 가능한 모든 값으로 퍼집니다.
PS
또한 잘 정의 된 광자 에너지의 경우 팽창하는 구체의 “두께”가 더 커집니다. 단일 주파수 광자는 무한한 시간 동안 방출이 지속되는 무한한 수의 EM 파주기를 가져야합니다! 더 현실적인 것은 좁은 선폭과 EM 방출이 상당하지만 무한한 시간 동안 지속되는 원자 방출입니다. 협 대역 광 방출은 지속적으로 팽창하는 “두꺼운 속이 빈 구체”와 유사하며, 각 광자는 결국 팽창하는 구형 층 (물론 극에 구멍이있는 적도에서 최대) 내에서 발견됩니다.
BTW, 여기 OSA의 매우 멋진 물리학 에세이 모음 : 빛의 본질 : 광자는 무엇인가, https://www.sheffield.ac.uk/polopoly\_fs/1.14183!/file/photon.pdf
또한 AJP 저널에서 Art Hobson의 고충을 참조하십시오. 대부분의 학부 QM 교과서가 광자 / 양자에 대한 일련의 오해를 일으키고 있다고 불평합니다. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1204/1204.4616.pdf 2012 AJP, ” 입자가없고 필드 만 있습니다.”