|
黑洞是現代廣義相對論中，宇宙空間內存在的一種密度無限大體積無限小的天體。黑洞的引力很大，使得視界內的逃逸速度大于光速。 1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild，1873～1916年）通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解，這個解表明，如果將大量物質集中于空間一點，其周圍會產生奇異的現象，即在質點周圍存在一個界面——“視界”一旦進入這個界面，沒有任何物質或信息能逃脫（但是量子力學允許一些例外，下次會討論）。這種“不可思議的天體”被美國物理學家約翰·阿奇巴德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名為“黑洞”。 自然形成黑洞的前提是質量足夠大，美國天文學家錢德拉塞卡預言:恒星核心質量小于太陽1.44倍的恒星將會演化為白矮星。核心質量大于1.44倍太陽質量而小于3.2倍太陽質量，整體為太陽8-15倍質量將演化為中子星，核心超過3.2倍太陽質量，演化為黑洞。關于恒星演化的詳細過程可以去百度 再說黑洞之前先說下天體質量、逃逸速度和環繞速度以及他們之間的關系。地球的逃逸速度約是11.2km/s，環繞速度約是7.9km/s。環繞速度也是人造衛星的最小發射速度。 計算方法：萬有引力提供向心力 GMm/R2=mv2/R （G是引力常數，M是天體質量，m是衛星質量，R是繞行半徑,v是速度） 解得： v=√GM/R （手打公式，不太標準，GM/R都在根號內） 其中G=6.67x10^－11 N·m2 /kg2、地球質量 M=5.98×10^24 kg 、地球半徑為6371.393千米 由公式得出衛星在近地軌道繞行需要7.9km/s（近地軌道半徑取地球半徑），小于這個速度，衛星就會落回地面。而距地球越遠，所需的繞行速度越小，像月球的線速度約為1km/s。逃逸速度也同樣適合，在越遠的軌道，逃逸所需要的速度也越小 因為G是常數，所以無論是繞行速度還是逃逸速度，都只和天體質量和半徑有關系（可進一步換算，得出逃逸速度和天體密度的關系） 而逃逸速大于光速的天體就稱為黑洞，當然這里的逃逸速度也指的是近地軌道。而在距離黑洞一定距離后，逃逸速度也會降到光速以下 史瓦西半徑 清楚上面的理論后，下面幾點就簡單多了: 第一： 諾蘭導演的電影星際穿越中，主角飛船被黑洞所束縛，然后主角利用黑洞引力加速，再次逃逸出來的情況理論上是可行的。因為在距離足夠遠的時候，黑洞的繞行和逃逸速度是可以遠小于光速的。前提是要飛船足夠穩定，畢竟是科幻，不要太較真。 第二：任何有質量的物質都可以成為黑洞，只要物質密度足夠大，半徑足夠小，在半徑小到一定臨界半徑時，表面的逃逸速度大于光速，就產生黑洞。而這個臨界值被卡爾·史瓦西在1916年首次發現，他發現這個半徑是一個球狀對稱、不自轉的物體的重力場的精確解。 一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比。太陽的史瓦西半徑約為3千米，地球的史瓦西半徑只有約9毫米。 第三：自然形成黑洞需要只夠大的質量，萬有引力壓縮自身，達到史瓦西半徑。黑洞按大小分三類 1、超大質量黑洞：假如一個天體的密度為1000千克/立方厘米，而其質量約為1.5億個太陽質量的話，它的史瓦西半徑會超過它的自然半徑，這樣的黑洞被稱為是超大質量黑洞絕。大多數今天觀察到的黑洞的跡象來自于這樣的黑洞。一般認為它們不是由星群收縮碰撞造，而是從一個恒星黑洞開始不斷增長、與其它黑洞合并而形成的。一個星系越大其中心的超大質量黑洞也越大。 2、恒星黑洞：假如一個天體的密度為核密度(約1.5*10^12千克/立方厘米，相當于中子星的密度)而其總質量在太陽質量的三倍左右則該天體會被壓縮到小于其史瓦西半徑，形成一個恒星黑洞。 3、微黑洞:小質量的史瓦西半徑也非常小。一個質量相當于喜馬拉雅山的天體的史瓦西半徑只有一納米。目前沒有任何可以想象得出來的原理可以產生這么高的密度。一些理論假設宇宙產生時會產生這樣的小型黑洞（科幻小說《三體》中有多處人造微型黑洞的描述）。 黑洞 這么說來，其實黑洞也不那么神秘，只是密度足夠大，逃逸速度足夠大而已。 雖然黑洞的逃逸速度大于光速，但能逃出黑洞束縛的東西還是存在的，明天繼續分享 |
|
|
