這個標題有沒有誇張?可能在下決心計算下中子星的重力加速度之前,誰都沒確定這個比例對不對,當然這也不難,我們來做個簡單的計算即可。
上圖是已經發現的中子星大小比例,左側數字代表的是太陽質量倍數,絕大多數中子星質量在太陽的1-2倍之間,那麼我們就以太陽的1.5倍計,中子星的半徑大約在10至20公裡之間,那麼我們取值15公裡左右,那麼重力加速度為:
g=GM/R^2
將上述數值代入公式計算後得884486466666.67米/秒^2,大約是911億倍,跟1000億倍差的也不是太大,也算是大致正確。
掉向中子星的物質的最終速度會超過光速嗎?
計算出中子星表面重力加速度會那麼大,著實嚇了一跳,那麼現實問題來了,假如有一個物體從遙遠的位置向中子星掉落,它的速度會超過光速嗎?這也不難,我們需要考慮幾個因素
重力加速度質增效應鍾慢效應在牛頓經典力學時代,我們只需要考慮重力加速度和掉落高度即可,因為最終速度計算公式為:
V=√2gh
這很容易計算,有高度和重力加速度即可計算出沒末速度,但如此高的重力加速度下,遠未達到1S時就超過了光速,但到這樣的環境我們卻不能如此草率考慮問題,因為幫牛頓經典力學縫縫補補的廣義相對論告訴我們,在中子星周圍我們不能將事情考慮得那麼簡單。
廣義相對論認為,引力質量在時空中的表現方式,請注意引力只是表現,而本質卻是質量對時空的扭曲程度,與牛頓的絕對時空觀不一致的是,廣義相對論認為時間在宇宙的很多角落都不一樣的,這個不一樣是因為受到附近巨大質量體的影響。
上圖是質量對周圍時空影響的示意圖,每個節點的時間影響程度是不一樣的,那麼我們可以計算下案例中的那顆中子星表面時間交換程度。
計算得這顆中子星表面的時間大約相當於外界的0.83倍,即外界過了一天,中子星表面大約過了0.83天,當然另一個效應則是質增效應,重力勢能會被質增效應所消耗,而讓重力加速度無法達到光速。因此各位所想的速度超過光速是不能的哦。
上圖公式是天體的逃逸速度計算公式,將上述質量代入計算得中子星的逃逸速度為16.29萬千米/秒,大約是光速的一半多點。
掉向中子星的物體接近光速會怎麼樣?
它為什麼會達到接近光速我們就不考慮了,假設即可!首先一個自然掉落的物體會直直落向中子星嗎?就像瞄準了中子星一樣擊中它,理論上來看完全存在這種可能!
但這種可能性極小,這就是我們看到那麼多天體存在吸積盤的原因,因為物體在掉落過程中會受到太多的因素影響,而成為環繞質量中性公轉的吸積盤。
阿塔卡馬毫米波/亞毫米波發現的原始行星積盤,這就是物質在掉落質心過程中形成的環繞運動,當然我們得感謝這個幹擾造成的積盤,因為太陽系裡每一個成員都是這麼形成的,否則人類也不會存在。
我們繼續假設向中子星掉落的速度接近光速時,很簡單,只要不是直直地撞上中子星,那麼它將從中子星引力的魔掌下逃逸,因為只要16.3萬千米/秒的速度即可從剛我們作為案例的1.5倍太陽質量,15千米半徑的中子星上逃逸,接近光速的物體逃逸那是在是太簡單了。所以我們能觀測到中子星的電磁輻射,而對於黑洞,除了觀測其吸積盤的電磁輻射外,其他就只有引力了(還有角動量與電荷,不過極難觀測)。
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