有人說是黑洞扭曲了時空,導致地球圍著太陽轉,這個說法靠譜嗎?

2020-12-04 時空通訊

有人提出一個這樣的問題:黑洞扭曲時空,使得地球圍繞太陽轉,那麼地球與太陽之間的萬有引力定律還適用嗎?

首先指出,這個認識是錯誤的。

從題目來看,錯誤有兩個。一個是地球圍繞著太陽轉,不是黑洞扭曲時空導致的,而是太陽與太陽系天體引力相互作用導致的;二是扭曲時空是任何有質量的物體都具有本質屬性,小到螞蟻,大到恆星,都會扭曲時空,不是黑洞的專利。

當然,質量對時空的扭曲,小質量物體很輕微,甚至觀測不到;大質量天體才比較明顯。

愛因斯坦廣義相對論認為,只要物體有質量存在,會對周圍的時空產生擾動,這種擾動可以說是扭曲,也可以說是彎曲,也可以說是漩渦和陷阱,都是一碼事。

有人用繃緊的床單演示時空陷阱的樣子,把幾個質量大小不同的球放在這種繃緊的床單上,就會在床單上壓出一個個凹坑。

我們可以把床單理解為時空,這些凹坑就可以理解為質量對時空的彎曲,質量越大凹坑就越大,也就對應時空扭曲得越厲害。

當小質量球體靠近大質量球體形成的凹坑時,就會掉落到坑底。這在天體運行中就表現為大質量天體對小質量天體的吸引,也就是萬有引力。

小質量的球滾過大質量球凹坑的速度較快,就不會掉落到坑底,而是順著坑沿轉圈,如果再快些,就能夠逃之夭夭。

轉圈的速度就是環繞速度,逃之夭夭的速度就是脫離速度,又叫逃逸速度。

太陽質量佔有太陽系99.86%,是地球的33萬倍,所以太陽在太陽系佔有絕對統治地位。

太陽在太陽系這片時空上,所扭曲的時空是厲害的,這個時空旋渦半徑有1光年。

地球等八大行星以及拉七雜八的各種較小天體,都被太陽這個扭曲的時空漩渦所捕捉,這些天體只有通過速度與這個漩渦抗衡,所以就全部圍繞著太陽旋轉。

因為這些行星等天體是在太陽系形成時,由恆星吸積盤殘留的渣滓形成的,繼承了吸積盤的角動量,一直到今天,環繞太陽的速度不快不慢,正好等於環繞速度,所以既不掉進太陽扭曲時空的坑底,也就是太陽身上,也逃不脫太陽的引力。

黑洞由於質量巨大,而且全部質量都縮進了自己的史瓦西半徑內,因此在它附近時引力就十分強大。

一旦落入其史瓦西半徑,就會被全部吞沒,連一絲光也逃脫不了,因為那裡的逃逸速度超過光速。

世界上還沒有什麼物質能夠達到光速。

但黑洞的影響力並不很遠,無窮曲率就更小,也就是在它的史瓦西半徑以內。

史瓦西半徑計算公式為:R=2GM/C^2

式中,R為史瓦西半徑值;G為引力常量,一般取值6.67x10^-11N.m^2/kg^2;M為天體質量;C為光速。

根據公式可計算出太陽的史瓦西半徑只有約3000米,地球的史瓦西半徑只有9毫米。

這就是說,把太陽現在69.6萬千米半徑,縮小到3000米半徑一個球;地球6371千米半徑,縮小到9毫米半徑一個球,就會變成一個黑洞。

而物質掉到這個黑洞的史瓦西半徑,才被無限曲率吃掉。

所以,黑洞雖然引力巨大,但要距離很近時才會發出無窮的威力。

如果一個太陽怎麼質量的黑洞在太陽現在位置,地球還是在這個位置,那引力是一樣的,地球還是這樣圍繞著這個黑洞運行。

萬有引力大小與作用雙方質量乘積成正比,與作用雙方距離平方成反比,表達式為:

F=GMm/r^2

式中,F為萬有引力值,G為引力常量;M和m為相互作用的大小天體;r為作用雙方天體之間的距離。

牛頓這個萬有引力定律對於任何天體都一樣,不管是行星、恆星、還是白矮星、中子星、黑洞,都適用。

現在發現距離我們最近的三個黑洞為:麒麟座v616,距離我們2800光年;天鵝座x-1,距離我們6100光年;天鵝座v404,距離我們7800光年。

距離我們最近的黑洞v616,質量約太陽的9~13倍。像這麼大質量的恆星,如老人星,質量相當太陽的9.5~12倍,距離我們才有200光年左右。

引力雖然是長程力,但一旦距離遠了,出了一定的控制範圍,即便再大的天體,也天高皇帝遠,就幾乎沒有任何影響了。

即便是太陽統治者整個太陽系,月球卻更受地球的約束。

因為距離地球近,月地距離只是日地距離的390分之一,地球在自己150萬千米的希爾球半徑內,對月球還是有絕對控制權的,所以月球才會圍繞著地球公轉。

這是因為地球形成的引力旋渦,控制住了月球,月球只有拼命地逃走,才能夠不掉到地球上來。月球的公轉速度相當環繞速度,這樣雙方形成了一個引力平衡。

但總體上,在太陽巨大的引力圈裡,地月都還是繞著太陽轉的。

這就是引力相互作用的機理,其根源是質量對時空的扭曲。

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