中子星表面重力是地球的1000億倍,掉進去的物體能超過光速嗎?

2020-12-14 星辰大海路上的種花家

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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    引言:愛因斯坦對於光的研究表明了人類在理論上是無法通過主觀能動性來達到光速,這是對人類速度最大的限制。既然人類怎麼主動也無法達到光速,那麼讓物體自己在一顆具有足夠強重力的星球上做自由落體運動,它能夠達到光速嗎?
  • 中子星讓物體加速至光速嗎?其重力約是地球7000億倍
    引言:從上往下運動,事物運動位移越大,其運動速度也越大,若位移無限大、時間無限長,事物能超光速運動嗎?在地球上不可能,黑洞中可以一試。生活中不知大家是否注意到一個現象:當物體從高處往下掉落時,它的速度會越來越快。
  • 中子星每秒轉速達到上千轉,速度超過光速了嗎?
    說中子星轉速超過光速的人是把中子星看得太大了。中子星其實是一顆很小的恆星屍骸,其轉速再快,也超不過光速。中子星一般半徑約10公裡,也就是20公裡左右的直徑,周長也就是60幾公裡,每秒鐘轉1000圈也就6萬多公裡,怎麼會超過光速呢?
  • 如果自由落體的距離無限,物體的速度有可能達到光速嗎?
    所以我們知道,在地球萬有引力的作用下,物體無論在哪種情況下都會受到重力作用。而當一個物體只受到重力作用時,我們把這種運動稱為自由落體運動。根據牛頓第二定律,物體的加速度等於它受到的力相加除於它的質量。因為自由落體的物體忽略空氣阻力的影響,它只受到一個重力作用。而物體的重力等於地球的萬有引力常數G稱上自身的質量。這樣一來,兩個公式中的質量被約去了。
  • 矮白星,中子星,黑洞他們之間存在著什麼樣的聯繫?
    它們之所以被稱為脈衝星,不僅是因為其快速旋轉的特性,還因為它們能產生規則的電磁輻射脈衝,包括無線電波、可見光、x光和伽瑪射線波長。另一種中子星叫做「磁星」。它的磁場強度約為10億特斯拉,是普通中子星的1000倍。所有中子星都像一塊巨大的磁鐵,磁極與旋轉軸成一定角度傾斜。像地球一樣,脈衝星也被磁層包圍,在磁層中,電子和其他粒子被磁場加速。
  • 從多高的地方落下,物體的速度才會超過光速?
    狹義相對論告訴我們物體是不可能達到光速的,因為會有一個質增效應,接近光速時質量趨近無限大,因此無論怎麼加速都不能讓它再加快一點速度!但有網友提出了一個尖銳的問題,萬有引力定律告訴我們,天體的引力和它們的質量成正比,質增效應導致引力增加,物體靠近速度會更快,如果有一個足夠大引力和無限遠的自由落體距離,物體會超過光速嗎?
  • 中子星引力也很大,黑洞吞噬中子星,是1口吃掉,還是撕碎吃掉
    所以,有些被遙遠星系擋住的其他星體,在地球上仍然能被觀察到。因為背後的星體發出的光線會繞行,在地球上就會觀察到一個環狀影像,這就是所謂的愛因斯坦環。除了在黑洞附近,絕大部分情況下,引力產生的空間彎曲,只有在大尺度上才能表現出來。
  • 中子星是中性質子組成的?那麼它1億特斯拉的磁場咋來的?
    當然,帶電粒子的運動也會產生感應磁場,還記得我們學過的右手螺旋定理嗎?也就是安倍定則,這個法則為我們指出了電流方向和磁感線方向之間的關係。如果旋轉和移動的電荷可以產生磁場,那麼問題來了,為什麼一個巨大的中性物體會有磁場?這裡說的中性物質就是我們熟悉的中子星!關於磁場先從我們這個微不足道的小地球說起吧。
  • 中子星密度大質量大,一立方釐米重量上億噸,是什麼概念?
    中子星的確密度很大,中子星可以說是宇宙中可怕程度僅次於黑洞的天體,其表面的引力場異常強大,和黑洞有得一拼,換句話來說,中子星就是一顆失敗的黑洞。中子星和黑洞同樣是恆星生命末期可能到達的終點之一,中子星是恆星演化到生命末期經由重力崩潰發生超新星爆炸之後,可能形成的少數終點之一,質量沒有達到可以形成黑洞的恆星在其生命末期會形成一種密度介於黑洞和白矮星之間的天體,這個天體就是中子星。
  • 重力的速度是多少?光速嗎?事實比你想像的更複雜!
    但這並不是一個表面上看起來那麼簡單的問題,因為你要清楚重力波可不是電磁波,為何是你認為的哪個速度?我們今天 就來談論這個問題。牛頓的瞬時重力速度和愛因斯坦的有限重力速度我們現在知道光的傳播速度約為30萬公裡/秒,即使在太陽突然消失後的8分鐘多一點的時間裡我們也能接收到來自太陽的光線!但是重力和地球軌道會發生什麼變化?
  • 就像吃掉了10億顆氫彈
    咱們照樣先看看中子星的數據:大小:半徑10-30公裡,一個地球能裝下N個中子星。面積:中子星面積最大就300平方千米,地球面積是中子星面積的1700倍。密度:中子星密度最大能達到1立方釐米10億噸,白矮星的密度是1立方釐米1000噸。如果把地球壓縮到中子星這種密度的球體,半徑只有22米!溫度:中子星表面溫度1000萬攝氏度(太陽表面溫度6000攝氏度),中心溫度超過60億攝氏度(太陽中心溫度2000萬攝氏度)。
  • 像山一樣大的原子—中子星解釋
    中子星的結構特徵中子星質量介於太陽的1至3倍之間,但大小卻被壓縮到約25公裡寬!這個小球含有約地球50萬倍的質量,卻只有曼哈頓般大的直徑。中子星是如此地密集,做個類比,一立方釐米的中子星與邊長700米的鐵塊的質量相同,那大約有十億噸。這好比把珠峰壓縮成一塊方糖一樣小。
  • 黑洞有強大的引力,物體掉進黑洞的速度能達到光速嗎?
    在中學階段曾學過重力勢能,很多人依然記得當時學過的重力勢能的表達式Ep=mgh,等式左邊的Ep代表重力勢能,等式右邊的m為物體的質量,g為重力加速度,h是物體距離地面的高度。從這個表達式中可以看到,物體離地面越高,其重力勢能就越大。
  • 中子星密度極大,一立方釐米上億噸,這是什麼概念?
    在宇宙中有一類密度極大的星體——中子星,它是恆星死亡後的殘骸。而高速旋轉的中子星又被稱作脈衝星。中子星的質量一般介於1.5~3倍太陽質量之間,半徑則在10~20千米之間,表面溫度大約為1000萬℃。中子星上一立方釐米的物質,質量高達1億噸以上,甚至10億噸。中子星是目前已知密度僅次於黑洞的天體。
  • 1g的重力加速度持續加速,一年後就是光速,真的只是巧合嗎?
    但牛頓設想和一種非常有趣的脫離地球引力的方式,因為地球是一個球體,沿著地球表面高速運動其實就在走圓周運動! 那麼只要速度夠快,圓周運動將會產生足夠的「離心力」而讓物體對抗重力,它將環繞地球運動而不至於落下!那麼為什麼地球的9.8米/秒的重力加速度加速一年就是光速呢?
  • 為什麼引力波會以光速傳播?
    第一個效應是負電荷會螺旋進入原子核,就好像你在放射能量,你必須從某個地方得到能量,唯一能得到能量的地方就是運動中的粒子的動能。如果你失去了動能,你不可避免地會向中心旋轉,吸引物體。你能計算出的第二個效應是發射輻射發生了什麼。
  • 宇宙中最強大的「磁鐵」——磁星,磁場強度是地球的2千萬億倍!
    但是,中子星的孿生星體——磁星,可能比任何其他星體更奇怪,更可怕,更有趣。中子星和磁星是同一個物體,有一個主要區別。它們以同樣的方式從一顆大恆星的死亡中誕生,這個恆星的質量大約是我們太陽質量的10-29倍。
  • 為啥會有中子星,它有多可怕,指甲蓋大一塊按地球密度有多大?
    中子星密度為1~20億噸/cm^3,地球密度為5.5g/cm^3,中子星密度約地球密度的18.2萬億~364萬億倍,我們折中一下,中子星按中間密度10億噸/cm^3,這樣1立方釐米中子星就有182萬億立方釐米的體積,換算成立方米就是1.82億立方米。
  • 以重力加速度數值加速,一年後就是光速,這是巧合嗎?
    實際上這是一個不算問題的問題,以9.8的重力加速度加速一年時間,最後的速度是每秒三十萬公裡多一點,雖然我們平時總說光速是每秒三十萬公裡,但實際上光速的精確值是比三十萬公裡小一點的,因此重力加速度與光速之間並沒有什麼巧合。