一個直徑60光年的鉛球坍縮成黑洞後,地球在多遠以外才安全?

2020-12-05 星辰大海路上的種花家

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

30光年在現代人類看來是一個遙不可及的距離,畢竟比鄰星距離才4.22光年我們都無法到達,但對於銀河系將近10萬光年半徑,或者可觀測宇宙930億光年直徑來說,簡直就是一個微不足道的距離,那麼我們今天就來算算,一個半徑30光年的鉛球坍縮成黑洞後,地球要多遠才能保證安全!

為什麼鉛球會坍縮成黑洞?

其實無論什麼物質,只要質量夠大,尺寸夠小那麼其將被引力所壓縮,最終突破極限坍縮成黑洞,假如要搞清楚為什麼會坍縮成黑洞,那麼需要一些前奏,要不然一句話坍縮成黑洞,可不是那麼好玩!

物質是怎麼壓縮的?一團棉花可以壓縮,因為纖維之間存在大量的空隙,空氣也能很容易被壓縮,因為分子間隙很大,比如氣體分子的間隙是其直徑的十倍,理論上空氣能被壓縮1000倍,當然這很難,但這只是開始而已!

但液體和固體就很難被壓縮了,因為分子間隙很小几近沒有,因此液體可以作為液壓機中壓力傳遞的理想物質,當然固體也可以,但事實上要讓固體流動的壓力我們還難以實現,所以各位先將就下用液體傳遞!

但兩者並非不可壓縮,只是壓力夠不夠而已,因為使物體保持結構完整的電磁力在起作用,再壓縮就是突破電磁力的極限了,原子核外圍的電子與其他原子的電子存在相互斥力,這可是一個難以逾越的坎,即使馬裡亞納海溝的壓力,也僅僅只能使水體積縮小4%而已,而且這之中大部分貢獻都是分子間隙壓縮提供的。

不過壓力繼續加大,那麼電子之間的斥力也難難以排斥,將會突入原子內部的空間,根據我們對原子結構的了解,原子核只佔龐大原子內部空間一丟丟,所以壓縮電子的效率是極高的,如果有足夠大的壓力,將原子核外圍的電子壓縮到原子核附近,呈電子簡併態,那麼密度將會提高N個數量級,比如白矮星物質就是,它的密度是水的1000-10000倍,也就是說一礦泉水瓶白矮星物質,有可能有5噸甚至更重。

但壓力繼續增加,電子會進入原子核,與質子中和成中子,此時物質的密度就是原子核的密度,當然大家都知道中子星物質的密度,大約是水的一百萬億倍,只要一立方釐米中子星物質出現在地球上,那麼地球的末日就來到了。

不過中子星物質並不是終極,它可以被繼續壓縮,但越過它物質將被壓縮成一個沒有直徑的點,無論多少物質它的表現就是一個沒有三維尺寸但有三維位置的點。什麼樣的天體會讓物質坍縮成這種怪胎呢?史瓦西在1916年根據愛因斯坦的廣義相對論引力場公式求出了史瓦西度規,描述的就是多大質量的天體在多大直徑以下時,它將被自身的引力壓縮成黑洞!

天體成為黑洞後,所有一切信息都將丟失,只剩下質量與原來天體的角動量以及電荷,這就是著名的黑洞無毛定律,或者說黑洞三毛定律。

半徑30光年的鉛球威力如何?

其實無論是金球還是鐵球這些參數都不重要,因為在這裡只有一個密度參數可以用,即使是黃金坍縮而成,它一樣是一個看不見的黑洞,而不是金光閃閃的黑洞。

鉛的密度大約是11.3噸/立方米,那麼根據球體積公式可以算出質量為4×10^49噸,各位不必驚訝,它的質量大約是太陽的2×10^22倍,木星的2×10^25倍,根據史瓦西度規可以計算出它的視界半徑大約是600萬億億千米,約合60億光年!

根據黑洞平均密度公式,我們可以計算出這個黑洞的平均密度大約是4.47e-17克/立方米,這個密度低到嚇人,大約一立方釐米幾十個原子的質量,也就是和星雲密度差不多,是不是很驚訝?其實黑洞無限大的密度是集中在奇點處,如果將視界作為平均密度的計算的話,那麼它有可能比空氣還要低得多,而黑洞的質量越大,則密度越低!

所以在這個半徑60億光年的視界處,地球是不會有任何危險的,然後穿過這個視界地球也沒多大問題,大概到哪裡有問題呢?我們來簡單計算下:

地球介於剛體和流體之間,就d的取值就等於2吧,地球平均密度大約是5507.85千克/立方米,代入計算後得2411513619419270.828千米處,大約是254.897光年!

只要地球在距離奇點255光年以外即可萬事大吉,但各位有沒有發現,地球已經在它的視界內了!其實這也沒啥好奇的,如果將木星和地球的密度代入計算,各位講能算出洛希極限在木星的內部,也就是說地球撞入木星才會解體,因為地球的密度比較高,而木星的密度比較低,因此對於地球這種高密度天體來說,洛希極限會在木星內部,因此《流浪地球》中的木星洛希極限是錯誤的哦,不過地球距離過近,潮汐引力導致地球結構改變,導致火山噴發或者大氣流失倒是正常的!

但在視界內是個什麼概念?我們將無法逃離它,所有很多朋友認為宇宙就在某個黑洞的視界內,這是很有道理的,所以我們無法逃離宇宙!

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  • 半徑30光年的鉛球坍縮成黑洞後,地球要多遠才能保證不被撕碎?
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    據目前科學觀測發現,黑洞距離我們都在安全範圍以外。最近的黑洞是麒麟座V616,這顆黑洞距離我們約2800~3300光年,質量約太陽的6.6倍;第二近的黑洞為天鵝座X-1,距離我們約6100光年,質量約太陽的10倍;第三近的黑洞為天鵝座V404,距離我們約7800光年,質量約太陽的12倍。
  • 一光年能有多遠?可能適宜居住的行星距離地球僅4光年
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    其實的定義遠不止這幾種,我們就上文幾個典型來做個簡單的介紹,讓大家對天文紀年中的年有一個概念恆星年:參考一顆恆星,確定好時間與觀測角度,當地球公轉一周回到這個位置時,就是一個恆星年。除了這些以外還有焦點年、近點年以及食年等,就不做一一介紹了,有興趣的朋友可以去查查。三、多遠是一光年?有了光速,也有一年的準確定義,那麼我們就可以計算光年是多遠距離了!
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    如果向很大的太空中注水,那麼需要多少水才會使這個水球變成黑洞?黑洞曾經是廣義相對論中預言的天體,大神史瓦希在一戰戰場上求得了史瓦希黑洞的特解!描述的是一個不自轉,不帶電荷的純質量天體,其環繞速度為光速!理論上只要質量足夠,那麼它就能坍縮成黑洞,當然我們常見的恆星型黑洞都是超大質量的天體演化到末期時,鐵核坍縮而成!
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    但事實上黑洞可能並不都這麼波瀾壯闊,有些黑洞可能很小,小到只有一釐米。一釐米的黑洞?這也太袖珍了吧。你別看它小,質量和引力卻一點都不小。科學家進行過計算,如果地球坍縮為一個黑洞,那麼直徑應該不超過2釐米,也就是說直徑一釐米的黑洞的質量和引力強度超過了半個地球。其實,這是一件很可怕的事情。
  • 430萬倍太陽質量,直徑4400萬公裡,2.6萬光年外黑洞終於現身!
    不過真正從時空性質角度闡述的仍然愛因斯坦的廣義相對論,但其實黑洞也不是愛因斯坦所預言,只是廣相的引力場公式中被大神史瓦西設置的條件給推導出來了,簡單了理解有兩個要素:微觀粒子熱運動物體運動光速上限當物體坍縮至光速也無法逃離的直徑時,那麼物體最終將坍縮至黑洞狀態,因為物體的熱運動無法超過光速,再也沒有能製成物體坍縮的可能!而這個光速無法逃離的範圍就是史瓦西半徑!
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    這是基於回答一位網友的問題,原題為:如果地球直徑為一光年,我們的生活會變成什麼樣子?假設也要有假設的譜,以光年計的單個天體沒有譜。你乾脆說一個人長到年高會咋樣,這樣不就更簡單了。根據史瓦西半徑公式測算,這顆黑洞的史瓦西半徑約為5880億千米,也就是這顆黑洞無限引力場影響的直徑約11760億千米。而1光年長度約94600億千米,因此這個黑洞的直徑只有約1/8光年。以後還會不會發現比這更大的黑洞呢?很難定論,但可以認為地球這樣的天體是永遠也不可能達到1光年直徑的。天體的大小受到引力約束,而呈現出不同性質。
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    1967年,美國物理學家約翰·惠勒(John Wheeler)需要一個詞作為「引力坍縮徹底的恆星」的簡寫,於是開始推廣這個術語——不過坍縮的恆星這一概念早在1939年就由他的美國同事羅伯特·奧本海默(Robert Oppenheimer)和哈特蘭·斯奈德(Hartland Snyder)提出來了。事實上,關於現代黑洞概念的數學基礎在1915年就已經誕生了。
  • 一個一光年直徑的星球是個什麼樣的世界
    ,直徑是我們祖國母親東西相距的2.5倍左右;一個赤道直徑為12756公裡的巨大球體。,直徑距離上可以並排放下11.34個地球;如果當初用體積計算,它可以放下1303536個地球還有餘;約130萬個地球。
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  • 太陽會坍縮成黑洞嗎?如果太陽變成了黑洞,地球會被吞噬嗎?
    當核心壓縮時,它會升溫,最終產生超新星爆炸,爆炸後,物質和輻射被拋入太空,剩下的殘骸是高度壓縮的恆心核心。黑洞的類型只要恆星坍縮成了一個黑洞,那麼從此之後,它就會從我們的視野中消失。由於核心的引力很強,核心下沉穿過時空結構,形成一個洞。原來恆星的核心現在變成了黑洞的中心部分——它被稱為奇點,這個洞的開口叫做事件視界。
  • 歐洲南方天文臺最近發現一個距離更近的黑洞,對地球來說安全嗎?
    在2019年時,科學家們通過特殊的方法觀測到了在距離我們5500萬光年的地方,即室女座星系M87中心存在一顆超大質量的黑洞,並且成功拍攝出了人類歷史上第一張黑洞照片,從而進一步證實了黑洞的存在。這不,就在前不久,科學家們又打破了這一黑洞與地球的距離紀錄,在南半天區的望遠鏡座中發現了一個距離地球僅1000光年的黑洞HR6819,有兩顆恆星圍繞著它運行,這麼近的距離,會不會對地球產生影響呢?
  • 假如地球變成黑洞,它的直徑有多大?
    他用數學語言描述的黑洞不帶電、不轉動,只有一個參數——質量。黑洞的質量越大,它的史瓦西半徑就越大。一個球體的半徑如果小於其史瓦西半徑,就是黑洞。黑洞的外圈被稱為「事件視界」,即史瓦西半徑。包括光在內的所有物質一旦進入視界,就永遠出不來了,這就是黑洞「吞噬一切」「漆黑一片」的特性。「假如太陽變成黑洞,它的直徑必須縮到6公裡。假如地球變成黑洞,直徑要縮到2釐米。」沈志強告訴聽眾。
  • 多大望遠鏡才能看到最近的黑洞?哈勃?整個地球裝上鏡片也不夠!
    想買個天文望遠鏡來觀測黑洞,買什麼型號的好?從理論上來看,用光學望遠鏡看黑洞並沒什麼毛病!儘管黑洞視界直徑2-3倍以內即黑乎乎一片,但在這個界限以外卻仍然可以觀測到可見光!因為這是掉落黑洞的星際物質受到超強引力壓縮後的將有部分能量以可見光的形式發射出來!從理論上用光學望遠鏡看到黑洞(黑洞吸積盤)是完全沒有問題的!一、最近的黑洞在哪裡?
  • 比太陽質量大65億倍的M87*黑洞大小是個啥概念?
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    我們都聽說過黑洞,也在網際網路上看到過黑洞的概念圖,但是真正的黑洞到底有多大的威力呢?自從大型離子對裝機開始出現後,小編心裡一直有這麼一個梗。1 最小的黑洞直徑僅有24公裡,如果在地球上弄出這樣一個黑洞,別說地球了,太陽系就直接成虛無了。。2 按照黑洞的年齡計算,當然還有他在有限時間內所吸收的物質總量,把地球完全吸入只需要一個不到10釐米的黑洞就已經足矣,並且這個黑洞還不會有飽腹感。3 對撞機完全是反人類了,不知道他們搞這個東西有什麼用,是要做個黑洞當終極武器麼?誰不服就吸誰!
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