黑洞力量到底有多大,能夠撕碎原子嗎?裡面物質是什麼形態?

2021-01-08 時空通訊

很多人對黑洞的力量完全一無所知,總幻想著黑洞中還有物質存在,那麼這種物質是什麼形態呢?甚至有人問:黑洞裡的原子被撕碎了嗎?

答案是肯定的,黑洞不但撕碎了原子,還撕碎一切最小的粒子。宇宙中存在著三種緻密天體,即白矮星、中子星、黑洞,這三種天體都是以破壞原子結構為存在依據的。

白矮星

這三種天體中,引力壓最小的是白矮星,質量只能維持在1.44個太陽以下,體積約地球大小,密度達到每立方釐米1~10噸左右。在強大的引力壓力下,原子的基本結構受到破壞,電子被壓離了原子核成為自由電子。但白矮星的原子核與原子核之間並沒有融合在一起,而是分別飄蕩在電子海洋裡。

這樣一來,物質已經不是我們地球上所能保持的形態了,也就是已經不屬於我們認識的118種元素了,而是屬於高緻密度的電子簡併態物質。

中子星

當白矮星質量超過太陽的1.44倍時,電子簡併壓就再也無法支撐巨大的引力壓,原子進一步塌縮,電子被壓縮到原子核裡,與質子中和成為中子。這樣原子核和電子就不存在了,整個星球就幾乎都有中子組成,中子與中子密密匝匝的靠在一起,整個星球就是一個巨大的中子核。

這時的星球依靠中子簡併壓支撐著有形的存在,物質更不是我們認識的118種元素了,是一種極端緻密的中子簡併態物質,密度達到每立方釐米1~20億噸。

因此我們可以認為,等不到天體形成黑洞,白矮星和中子星就已經把原子撕碎了。它們之所以沒有進一步壓縮,是因為泡利不相容原理。

何謂泡利不相容原理?

泡利不相容原理是美籍奧地利科學家、物理學家沃爾夫岡·泡利1925年1月發現並提出的,為此他獲得了1945年諾貝爾物理學獎。這個原理揭示了微觀粒子運動的一個基本規律,即在費米子組成的系統中,不能有兩個或兩個以上的粒子處於完全相同的狀態,通俗一點說,就是費米子粒子不能夠擠在一起,它們會相互排斥,由此產生排斥的壓力。

何謂費米子?就是自旋為半奇數的粒子統稱為費米子,電子、質子、中子、夸克都屬於費米子。這樣它們都滿足泡利不相容原理,就是不允許兩個以上的同類出現在相同的量子態中。

這種相互排斥的壓力,越到深層次越厲害,白矮星和中子星,以及尚沒有發現的夸克星,就是依靠這種壓力抵禦巨大的重力壓而以特殊至密物質形態存在。不同質量的恆星,最終的結局有的成為白矮星,有的成為中子星。

一般來說,太陽質量左右的恆星死亡後,核心會留下一個白矮星;而大於太陽質量8倍,到太陽質量30或40倍的恆星,死亡時會發生超新星大爆發,最終核心部分留下一顆中子星。白矮星、中子星物質雖然不再是我們認識的118種元素了,但畢竟還是有形的可見的物質,如果壓力再大的話,這種有形狀態就再也保不住了。

黑洞的力量把所有物質都化為烏有。

科學研究認為,當中子星質量超過太陽約3倍時,巨大的引力壓就會戰勝中子簡併壓,使中子星再也保持不了其有形的形態了,中子也被壓碎壓癟,形成無限坍塌,最終所有物質都坍塌到黑洞核心那個奇點裡。

一般認為黑洞中心有個奇點,這個奇點是一種我們無法理解的奇異狀態,人類只能推導出它有四個特點,就是體積無限小、密度無限大、溫度無限高、曲率無限大。其實這四個無限都是由第一個「體積無限小」引申出來的。

何謂無限小?

現在宇宙中發現的最小黑洞在3個太陽質量以上,而不管是3個太陽質量,還是迄今發現的最大黑洞SDSS J140821.67+025733.2的1960億倍太陽質量,都壓縮到了中心那個無限小的奇點裡。何謂無限小?就是比一個原子、一個電子還要小,比普朗克尺度還要小。

何謂普朗克尺度?就是量子力學認為人類可能認識的最小尺度,為1.6*10^-35米,比原子還要小10億億億倍。請問此刻還有原子存在嗎?那麼裡面是什麼呢?不知道,人類現在不知道,將來也可能永遠難以知道。因為科學家們認為,奇點不是我們世界的物質了,而是一個超時空的虛無點。

既然無法衡量之小的玩意,承受著這麼巨大的質量和熱量,這後面三個無限就可想而知了。而所謂曲率無限大,就是引力無限大的意思,一切物質一旦到了黑洞管轄範圍,都要被吞噬,連每秒30萬千米的光也無法逃脫。但這個無限引力是有範圍局限的,這個範圍就是根據黑洞質量形成的史瓦西半徑。

這個半徑的計算公式為:R=2GM/C^2。這裡的R就是史瓦西半徑,G為引力常數,M為黑洞質量,C為光速。

黑洞無毛但可現形。

我想,看了時空通訊不厭其煩的介紹,各位應該知道了黑洞是個啥玩意了吧?總結一下:黑洞是宇宙中的頂級屍骸,是通吃一切的惡魔,它不但撕碎了原子,還連一個粒子也不會留下,將一切化為烏有。它留在我們世界的就只有三個物理量,即:質量、角動量、電荷。

霍金最偉大的貢獻之一就是嚴格證明了黑洞無毛理論。何謂黑洞無毛?就是無論什麼黑洞,都是一樣的,沒有什麼不同特點,一根毛的不同特點都沒有,只有前面所說的三個物理量。

黑洞本來是隱形的,一絲光也不會露出。但人類就是依靠黑洞留在我們世界的三個物理量來發現和認識黑洞,這三個物理量影響著周邊的天體物質,人們通過這些天體物質的變化可以計算出黑洞的存在和大小,並為它畫像。

2017年4月10日,科學家公布了一顆名為M87星系黑洞的照片,這個黑洞距離我們5500萬光年,質量為太陽的65億倍。這是人類首次拍下黑洞的樣子,全球許多科學家協作努力,聯網形成一個口徑相當地球大小的射電望遠鏡陣列,經過兩年努力才得到了這張照片。(見上圖)

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

時空通訊原創版權,侵權抄襲是不道德的行為,敬請理解合作。

相關焦點

  • 黑洞力量到底有多大,能夠撕碎原子嗎?
    很多人對黑洞的力量完全一無所知,總幻想著黑洞中還有物質存在,那麼這種物質是什麼形態呢?甚至有人問:黑洞裡的原子被撕碎了嗎? 答案是肯定的,黑洞不但撕碎了原子,還撕碎一切最小的粒子。宇宙中存在著三種緻密天體,即白矮星、中子星、黑洞,這三種天體都是以破壞原子結構為存在依據的。
  • 暗世界:黑暗、黑夜、黑洞、暗物質及暗能量;
    明物質和暗物質貢獻萬有引力,將宇宙中的一切收縮。但科學家發現宇宙在膨脹,科學家認為宇宙中有一股力量(暗能量)貢獻萬有斥力。 宇宙中的暗能量大大多於宇宙中的物質及暗物質,宇宙將加速膨脹,最終大尺度的宏觀宇宙到小尺度的微觀宇宙,凡是萬有引力主導的宇宙都將被萬有斥力取代,一切都將被撕碎!
  • 人掉進黑洞會怎麼樣呢?會死去嗎?還是穿越到未來
    大家好,歡迎來到不朽課堂,我是不朽,最近我們都在討論黑洞,今天的問題是人如果掉進黑洞會發生什麼事情?那麼這一次我就來跟你討論一下,人如果真的掉進黑洞會怎麼樣?我先跟你說結論,人掉進黑洞,要麼就被撕碎,要麼被拉成麵條,最弱,可能會把你的身高拉長一點。為了解答這個問題,我們首先要來了解一下什麼是潮汐。潮汐力這三個字你能獲得什麼信息?
  • 黑洞真的可以刪除宇宙?若這一理論證實,人類可能只是程序
    我們都知道黑洞是質量非常大的星體,它的力量強大到可以隨意撕碎太陽這樣的恆星,任何事物靠近黑洞都可能被打碎成原子狀態。但是黑洞的可怕,遠不止於此,事實上它可能正在刪除宇宙中的一切。黑洞是靠著核心無限大引力將超大質量物體集中到一塊空間的球體,所有靠近它的東西都會被撕碎成最基本的粒子形態,就連光也逃脫不了。當事物在到達黑洞邊界的事件視界之前,並不會發生什麼,在這個階段,不管你怎麼努力想要掙脫黑洞的引力都是不可能的,你會一點點的靠近黑洞,直到到達事件視界。這個界限會把黑洞內部和外界宇宙徹底分開,所以一旦進入到事件視界之後,就要做好一去不復返的心理準備。
  • 中子星引力極端,氫彈都炸不出一個泡,怎麼遇到黑洞就蔫了?
    那麼這顆氫彈如果到了中子星上有多大呢?中子星密度為1億噸~20億噸/cm^3,也就是說指甲蓋見方這樣一塊中子星物質就有1~20億噸,即便根據最少1億噸/cm^3計算,27噸重的氫彈在中子星上也就是27/100000000cm^3,370萬分之一立方釐米。
  • 黑洞裡面是什麼?|張雙南專欄
    黑洞裡面是什麼?這是一個還沒有答案,也許永遠都沒有確定答案的問題。
  • 微觀世界的奧秘:如果原子放大一億倍,可能在裡面看到宇宙?
    微觀世界的奧秘:如果原子放大一億倍,可能在裡面看到宇宙?根據愛因斯坦提出來的,宇宙大爆炸理論。這個宇宙是由一個奇點爆炸而來的,在爆炸中,現在這個宇宙中的所有物質,都是來自這個奇點中的。那麼在爆炸的巨大衝擊力下,這個宇宙的邊界還在不停地擴大,所有這個宇宙理論上來說,是無邊無際的。
  • 黑洞中的物質密度有多大?和你想的不一樣!把地球、太陽和宇宙壓成...
    由於黑洞本身的大小不同,它裡面的物質(其實更應該稱為能量)密度並不是一樣的,並且這個也是可以計算出來的。你相信越小的黑洞密度越大,越大的黑洞密度越小嗎?關於黑洞的質量和體積的計算,有一個公式叫史瓦西半徑公式,就是專門用來計算黑洞的體積的,其計算公式為 R=2GM/C的平方。
  • 黑洞奇點和大爆炸奇點有什麼區別?
    在這種情況下,黑洞奇點永遠存在於未來(如果您靠近黑洞,您的時間會走到盡頭),而大爆炸的奇點永遠存在於過去(如果您能夠倒帶時間,則星系會變得更近,最終會聚在一起)。這取決於您考慮哪種哪種類型的黑洞。如果您考慮的是一個簡單的不迴轉的黑洞,我真的無法想到這兩者奇點之間的區別(除了一個存在於宇宙之中然而另一個「就是宇宙」—但是這是無關的)。
  • 宇宙裡面有多少黑洞?
    圖解 :超級黑洞是在宇宙中心中的巨型質量黑洞。圖片來自:NASA/JPL-Caltech一提起黑洞我們都談虎色變,比如恆星質量黑洞或者超級黑洞。但到底這些黑洞在我們的宇宙中佔據什麼樣的地位呢?我們目前已知有兩種黑洞:恆星質量黑洞是一種由大質量恆星引力坍塌後所形成的黑洞。另一種就是處在宇宙中心位置的超級黑洞。大約1000顆恆星裡只有一顆在它消亡之後成為了黑洞。 銀河系中有一千億恆星,這就意味著有大約一億的恆星質量黑洞存在。但是,人類可觀察到的就有超過億萬個星系,所以實際上還有大量的黑洞存在。而從數學的角度來說,每秒鐘都有新的黑洞形成。
  • 在黑洞外面,看不到黑洞裡面,那如果在黑洞裡面呢?
    能夠主導星系運行的星系級黑洞往往誕生於宇宙之初的物質密集區域,而比星系級黑洞小得多的恆星級黑洞則是由大質量恆星坍縮而來的。隨著大質量恆星的燃料消耗殆盡,核聚變所產生的向外擴張壓消失,恆星便會在自身強大的引力作用下急劇坍縮,在經歷超新星爆發之後形成一個黑洞。
  • 被黑洞吞噬的物質去哪裡了?
    黑洞堪稱宇宙中最可怕的天體,能吞噬其周圍包括光線在內的一切物質,在黑洞內,物理學上的時間和空間都沒有了意義。那麼,如此強大的黑洞會是穿越時空的通道嗎? 那麼回到最開始的問題:黑洞能夠穿越時空嗎?前面我們已經知道黑洞憑藉其強大的引力場,足以吞噬掉周圍一切的物質,那被黑洞吞噬的物質究竟去哪裡了呢?是憑空消失了嗎?
  • 為什麼說黑洞是宇宙最可怕的天體?人進入黑洞後會發生什麼?
    ,什麼天體是最可怕的呢?一是黑洞是黑色的,不能直接被觀測到,科學家只能通過吸積盤來判斷黑洞的存在;二是黑洞有強大的引力,黑洞是由超大質量恆星坍塌所形成的,因此萬事萬物一旦被黑洞盯上就無所遁形了。那麼黑洞究竟有多可怕呢?如果人進入了黑洞會發生什麼事呢?  死亡的恆星  當一顆超大質量恆星走到生命的盡頭的時候,它的核心會坍塌成緻密的物質狀態,密度高達原子核的100倍,形成了一個黑洞。
  • 黑洞是什麼樣的天體,黑洞內部什麼樣,黑洞會消亡嗎
    黑洞照片帶著疑問我們一起看一下黑洞內部的天地,首先黑洞是一個連光線都無法逃脫的天體,怎麼能拍出照片?第二光子是質量為零的物質,黑洞是怎麼束縛住的?第三黑洞質量非常大,裡面的會有什麼樣的景象?就是一個原子都有它的史瓦西半徑,不過不用擔心對撞機製造出的黑洞會吞噬地球,黑體輻射會瞬間把這樣微小的黑洞蒸發殆盡。愛因斯坦告訴我們引力是具有質量的物體對空間的彎曲程度,在黑洞的事件視界內,形象的說空間被彎曲成了完美的球體。當光線由事件視界邊緣進入後,會永遠困在其內部,除非黑體輻射徹底把黑洞摧毀,否則它將無法再次出來。
  • 如果有黑洞闖入太陽系中,能否用氫彈炸掉它?
    不要說黑洞,就連尺寸大一些的小行星要撞上地球,人類也無法通過發射氫彈將其炸掉。在宇宙面前,人類始終是卑微而渺小的存在。與小行星不同的是,黑洞是無法被炸毀的。無論小行星有多大,只要氫彈足夠大,釋放出的能量超過小行星的引力結合能,那麼,氫彈就能炸掉小行星。然而,黑洞本身的特性使其根本無法被氫彈摧毀,無論氫彈有多大都是如此。把氫彈投向黑洞,反而會使黑洞變大。
  • 既然我們都由原子構成,那原子究竟是什麼呢?答案你不會想到
    我身上有些原子在很多年之前可能是另一個人的,等我去世之後,原子經過幾十年的時間充分循環,再變成其他人、其它物的一部分。自地球出現以來,原子一直在不停地循環,從一個形態變成另一個形態;有時候是靜物的一份子,有時候成為生命的一部分,比如植物、動物或人類。感謝原子為我們提供了一種矛盾的理論來看待自己,我們的存在既是暫時的,也是永恆的。
  • 黑洞是怎麼形成的?為什麼要研究黑洞?
    在宇宙中有很多神秘的現象,科學家們也一直想要去找到答案,雖然人類現在看似科學技術非常發達,但其實對宇宙來說還是不值一提的。說到宇宙中最神秘的,很多人腦子裡應該都是黑洞的景象。之前,人類只知道宇宙中存在著行星、恆星、星系,而關於黑洞是什麼,人類是不知道的,自從在宇宙中發現黑洞的存在,人類就特別感興趣,當我們了解黑洞之後,就感覺黑洞是神秘而又吸引人的。那麼黑洞到底是什麼?
  • 在弦理論基礎上,黑洞毛毛球理論出現,它顛覆了我們對黑洞的認知
    廣義相對論中對黑洞的描述 黑洞是宇宙中最神秘的物體,它出現在愛因斯坦的廣義相對論中,根據理論描述如果一個物質被壓縮到足夠小的體積,那麼引力就會變得極其強大,這種瘋狂的引力壓縮能勝過自然界其他四種基本力,而且一旦達到某個臨界值,物質就會不斷擠壓,壓縮到一個無限小的點
  • 人類首次拍到隱藏黑洞,黑洞裡面藏著什麼?劉慈欣提出大膽的猜想
    這組照片一經發布,立刻引起了天文愛好者們極大的興趣,很多人都覺得不可思議,按理說黑洞應該是漆黑無比的,但是照片中拍出的黑洞,為何會如此的耀眼?很大程度上是因為黑洞有超大的引力,使其周圍的氣體高速旋轉,同時產生大量的熱,當這些氣體變成等離子體時,就會放出巨大的光,在黑洞周圍形成一個光圈。
  • 黑洞的誕生,人造黑洞,它並不會吞噬地球
    黑洞隨後生活雜誌和科學新聞雜誌在1963年的出版品中使用了「黑洞」這個名詞,而這個詞真正的發揚光大是在物理學家約翰·惠勒在1967年12月的講座上,有一位學生再一次地提出了「黑洞」這個名詞,當時會了覺得黑洞這個詞簡潔並具有廣告價值