黑洞力量到底有多大,能夠撕碎原子嗎?

2021-01-15 騰訊網

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。

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。

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)

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  • 可觀測宇宙內一共有多少原子?如果把原子核聚集到一起能有多大?
    按照這種假設,如果我們能夠把宇宙中的所有物質中的原子都提取出來,並且將它們之間的空間全部壓縮,一點空隙都不留,呈現出來的物體到底有多大呢?當然,我們窮盡所有能力也不可能做出這樣的實驗,宇宙中也不可能給我們創造這樣的條件去實現這樣的結果。
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