四種作用力中引力最弱,為何能坍縮出黑洞這樣的極端天體?

2021-01-15 李論科學

宇宙中的四大基本力

在我們的生活中每做一件事,都會產生力的相互作用,例如你拿起水杯喝水的過程,在經典力學看來,你給水杯提供了一個向上的力,改變了水杯靜止的初始狀態。不過我們平時所說的推力、提升力、摩擦力並不是宇宙的基本力,而是電磁力的一種表現形式。

還拿水杯來說,你拿起水杯的過程其實就是你手臂產生的電磁力在對抗萬有引力的過程,在這個過程中我們能清楚地感受到電磁力要比萬有引力強的多,畢竟產生萬有引力的地球要不我們手臂看去來要強壯的多,而且一個生物能夠舉起比自己體重大得多的重物,這一切都得益於電磁力比引力強了36個數量級。

而且在生活中我們能看到的宏觀世界所產生的物質運動和變化,也就是看到的所有現象都是由電磁力和萬有引力支配的,因為這兩種力是一種長程力,作用範圍沒有限制,可以在微觀上起作用,也可以在宏觀上達到無限遠,而且還能夠因為電荷或質量/能量的增加正向疊加。所以說這兩種力,控制著我們的宏觀世界。

其中電磁力的相互作用方式是通過帶電粒子互相傳遞光子來實現的,而引力根據標準模型的預測,也是存在一個傳遞力的粒子,不過我們目前還沒有發現這種引力子。而廣義相對論認為,質量/能量會影響彎曲周圍的時空,而彎曲的時空又會影響質量/能量物體的運動方式,這種物體在彎曲時空中的運動變化,就表現出了引力。

在宇宙中除了宏觀世界以外,還存在著控制微觀世界的法則,其中包含兩種力:強核力和弱核力,雖然強力比引力強力38個數量級,就連弱力也比引力強了32個數量級,但它們的作用範圍有限,分別為10^15米和10^18米,超過這個距離這兩種力就失去了作用。

其中強力將不同色荷的夸克通過傳遞膠子的方式結合在一起形成質子和中子,而質子和中子也是通過強力結合成原子核的,弱力通過控制釋放W、Z玻色子來控制粒子的衰變。

通過對四種基本力的了解,其實我們可以看出引力雖弱,但是其他的力也不會影響引力的作用方式,換句話數,強力它在怎麼強也不會去幹擾引力對微觀和宏觀世界的控制。

最弱的引力為何會形成宇宙中如此強大的天體

我們經常會說,引力是一個很容易失控的力!為啥這麼說呢?因為在宇宙中存在著大量的質量/能量物體,而引力的作用範圍又沒有限制,所以當質量/能量大量聚集的時候引力也會變得非常大。

我們知道黑洞這種極端的引力天體來自於大質量恆星死亡後的核心殘骸,一顆恆星在主序星階段(燃燒氫的階段)核心聚變產生的輻射壓力(可以認為是電磁力)和質量產生的引力相互對抗平衡,當恆星首先將核心中的氫燃燒完以後,就會開始燃燒堆積在核心的氦,那麼恆星就脫離了主序星階段,因為輻射壓力的增強,恆星會膨脹為一顆紅巨星,更重的元素會繼續往核心堆積,核聚變依然會在核心的外層繼續進行!

質量在太陽質量8-10倍的恆星,會一直將輕元素聚變為鐵元素,而鐵元素已經無法在聚變下去,就會導致最核心聚變的停止,並且當核心的鐵核質量堆積達到3倍左右的太陽質量時,引力會將核心壓縮為一顆黑洞,並且在短時間內釋放出巨大的引力勢能,將整個恆星外層炸毀,形成核坍縮型超新星爆發。

從黑洞的形成過程我們可以看出,這一切都有由引力和電磁力互相作用形成的,其實跟強力和弱力沒有任何關係,因為宏觀世界的事情本身就不再他們管轄的範圍內。

黑洞這種天體其實從定義上看,就是一個光都無法逃脫的極度彎曲的時空區域,而唯一能夠對時空產生彎曲效果的正是質量/能量,所以不管引力由多麼的弱,只要有足夠的能量,都會產生一個極度彎曲、光線無法逃脫的時空區域。

相關焦點

  • 四種作用力中最弱的引力,為何能坍縮出宇宙無敵的黑洞?
    關於黑洞一直都是一個熱門話題,從愛因斯坦在相對論中預言黑洞的存在之後,到去年人類第一次拍到黑洞照片,時隔百年,終於揭開了黑洞的真面目。黑洞是宇宙中最特殊的天體,因為它體積無限小,引力卻無限大,連光也無法逃脫。所以黑洞的事件視界內是一片漆黑。
  • 最弱雞的引力,為什麼能讓無敵的恆星坍縮成黑洞?
    為什麼「重力」會引起恆星坍塌,直至成為黑洞?「重力坍縮」或者說「引力坍縮」是形成黑洞的唯一原因,當然我們常見的天體諸如中子星、白矮星甚至恆星與行星都是「引力坍縮」而成,而不是什麼強作用力或者弱力或者電磁力的相互作用,但四種基本作用力中,引力其實是最小的,那麼為何這種最小的作用力造就了世上最恐怖的天體呢?
  • 四種基本力中引力是最弱的,為何還能坍縮出破壞力超強的黑洞?
    引力雖然是四種基本作用力中最弱的,但是引力的作用範圍無限遠,而且可以無限疊加,這使得引力控制著宇宙中大尺度的宏觀物質運動。四種基本力在物理學中,物質間的相互作用可以解釋一切和物質有關的物理現象,目前人類一共發現了四種相互作用,或者說是基本力,它們分別是:強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和萬有引力相互作用。
  • 引力是四種基本力中最弱的,為何是它引起坍縮產生黑洞?
    ,至今為止,總共找到了4種基本相互作用力:強力、弱力、電磁力和萬有引力。電磁力這麼厲害,然而我們能站在地球上,靠的卻是引力。這是因為電磁力比引力多了一個特點,就是有吸引力和排斥力之分——同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。這個特點造成了電磁力很容易就被抵消掉。
  • 在四種基本作用力中最重要的是萬有引力嗎,你怎麼看?
    特別是影響著我們賴以生存的天體星球,而恰恰天體運行又是看起來很神秘,很高端大氣的事物,所以就覺得重要了。引力是四種力中最弱的力,其弱到什麼程度呢?我們這樣來理解吧,如果把強力作為1,弱力就是它的10^-13倍,也就是10萬億分之一倍,而電磁力則是強力的1/137,引力呢則是強力的10^-39倍,也就是千萬億億億億分之一倍。從上述四種力量的對比來看,引力弱爆了,名為「弱力」的力實際上並不弱,比引力強大26個數量級。而同為長程力,且更多表現在宏觀的電磁力則更為強大,為第二強力。
  • 解讀大自然四種基本作用力:引力,電磁力,強力和弱力!
    1、萬有引力萬有引力是任何物體之間存的相互吸引力,是四個基本相互作用中最弱的,但是同時又是作用範圍最大的(不會如電磁力一般相互抵銷)。
  • 超小質量的黑洞能吞噬質量比它大的天體嗎?
    黑洞是根據現在主流的引力理論——廣義相對論提出來的一種緻密天體,最早由卡爾·史瓦西在史瓦西度規中得到的一個解,他指出當天體由於引力坍縮到一個半徑範圍以內後,即使宇宙中最快的光速也無法從其表面逃逸,這個半徑半徑僅由天體質量M與兩個常數(萬有引力常數G和光速常數c)共同決定,後來稱達到這種半徑範圍內的天體為黑洞
  • 引力會引起恆星坍塌成黑洞,為何引力那麼強?
    四種基本力當中,引力是最弱的,但是引力有兩個非常大的特點,一是只有吸引作用,沒有排斥作用,二是作用距離無限遠;於是重力就可以無限疊加,從而超過其他三種作用力的整體效果。我們知道,一個天體的引力強到一定程度後,就會塌縮成一顆黑洞,連光也無法逃離黑洞的引力;大質量恆星在演化末期,由於核聚變反應的減弱,引力會佔據主導作用,然後使恆星塌縮,就有可能在內部形成一顆黑洞。
  • 引力是無處不在天生的四種基本力之一
    一直有人對引力的本質有懷疑,弄不清引力場是怎麼回事,是物體本身存在的還是空間存在的;還有人認為既然這個世界不存在永動機,為什麼會產生引力呢?其實引力不是「產生」的,而是這個世界本身就存在的,是四種基本作用力之一。引力是質量引起,是物質的本質屬性。引力大小與相互作用物體質量乘積成正比,與它們的距離平方成反比。
  • 引力既然很厲害,為什麼天天在引力作用中的人沒被撕碎?
    現在科學認為,宇宙中存在四種基本力,即強力、弱力、電磁力、引力。我們所有能夠看到或者不能看到的一切物質和現象,都是在這四種基本力控制下運動變化著的。引力是四種力中最弱的力。引力是這四種基本力中最弱的力,這個弱弱到什麼程度呢?如果強力的強度為1,那麼引力就只有強力的10^-37倍,也就是相差10萬億億億億倍。這個力有多大呢?我們從引力常量就可以看出。
  • 中子星和黑洞都是宇宙中的極端天體,但不是一個等級,別搞混了
    宇宙中最極端的天體是黑洞,黑洞可以吞噬接近它、闖入它勢力範圍的一切物質,迄今為止並沒有發現比黑洞更大威力的物體出現。中子星密度雖然很大,但與黑洞比起來是小巫見大巫。這種極端密度當然會導致極端的重力,中子星表面重力達到地球的萬億倍,逃逸速度達到光速的一半,也就是15萬千米/秒以上,這樣任何靠近中子星的恆星都難逃厄運,只要在它引力的勢力範圍,都將被它撕碎吞噬,並在吞噬中不斷地壯大自己。
  • 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。
  • 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?
    不過話又說回來了,人如果到了中子星就縮得更沒影了,如果還活著,興許從這個小人視角能看到氫彈驚天動地大爆炸,只不過從現在地球人類視角看不到而已。中子星極端特性。但黑洞是中子星的上級天體,這個上級不是白當的。首先黑洞比中子星要大。現在科學界的普遍共識是,恆星死亡後的緻密核達到1.44倍太陽質量,就會坍縮成一個中子星,這個臨界點叫錢德拉塞卡極限;當中子星質量達到約3個太陽質量時,就會繼續坍縮成一個黑洞。
  • 物理學中四種基本作用力的反思
    ●  在地球上,慣性明顯的原因是由於地球的內部存在強磁場,因此具有速度的物體具有慣性,也可以叫做物體受到磁場的作用●  慣性是一種屬性,不屬於作用力●  物體只有在作用力下,屬性才會發生變化>的●  如果採用一個絕對坐標系看,地球上所有的一切都是具有速度的 摩擦力●  物理學中有四種基本作用力,●  電磁力●  引力●  強相互作用●  弱相互作用●  其中弱相互作用和強相互作用屬於微觀力
  • 為什麼地球還沒坍縮成中子星?
    而原子核就是物質世界中最小組成部分原子的核心而已,去掉了核外電子,剩下的就是原子核!一、中子星是怎麼形成的?這得從自然界的基本作用力開始說起,已知的四種基本作用力是引力、電磁力、弱力和強力!這幾種作用力中能對抗壓縮的是電磁力和強力,氣體可以被壓縮是因為分子間隙比較大!但固體很難壓縮,因為原子與原子之間的間隙非常小,能對抗壓縮的是結構支撐與核外電子之間的斥力,當然這都是電磁力所提供!但引力是一種源源不斷並且可以無限疊加的作用力,當物質的質量增加到電子之間斥力(同性負電荷)難以對抗時就會被壓縮到原子核附近!
  • 月球沒有引力,人會懸浮?月塵和月巖又是什麼力聚合到一起的?
    一、自然界的四種基本作用力要討論月球上的重力,則必須先來了解下這個力是怎麼產生的!只要存在質量就會有引力,但它的相對強度是最低的,好就好在它能無限疊加,因此儘管它在四種基本作用力中最小,但它可以讓無限質量凝聚在一起形成宇宙中最龐大的天體,也可以形成最黑暗與恐怖的天體-黑洞!
  • 四種作用力能夠統一嗎?怎樣統一?
    四種作用力能夠統一嗎?怎樣統一?文/袁玉剛 圖/來自網際網路截至目前,科學家們總共在宇宙中發現了4種基本作用力。科學家們一直致力於用數學方法統一四種作用力,先把弱核力與電磁力統一起來,又把強核力與電磁力統一在一起。但引力依然無法入群,孤獨地徘徊在大統一理論之外。
  • 引力是自然界四種基本力中最弱的,為何我們感覺如此重要?
    說引力最弱,是相對於其他三種力而言的,相對於電磁力,強核力和弱核力,引力確實很弱,地球如此大的質量產生的引力,人類就能輕而易舉擺脫地球的引力飛向太空。你隨手在路上撿起一塊石頭,就能很輕鬆扔的很遠!而對於強核力和弱核力來說,微觀粒子要想擺脫彼此之間的束縛是非常困難的,比如說太陽的核聚變的條件如此苛刻就顯示出了強核力的恐怖,太陽核心溫度高達1500萬攝氏度,3000億個大氣壓才能克服強核力!強核力也是自然界最強的一種力量!引力如此之弱,為什麼我們感覺很重要呢?
  • 四大基本力:引力弱得離譜,弱相互作用力是太陽發光的關鍵
    自然界中總共有四種基本力,分別是:強相互作用力、弱相互作用力、電磁力和引力。對於我們來講,這些力都是非常重要的,正是有了這些基本力的存在,我們所處的宇宙才得以有條不紊的運行。今天我們就來科普一下方面的知識,由於很多人都對弱相互作用力不是很了解,因此本文著重以通俗易懂的方式來介紹弱相互作用力。弱得離譜的引力按照從強到弱的排列,它們的順序依次是:強相互作用力、電磁力、弱相互作用力、引力,與其他三種力相比,引力顯得非常的另類-它實在是太弱了。
  • 引力為什麼要以光速傳播?那它為何能逃離黑洞?
    我們知道引力以光速運動;如果是這樣的話,那麼黑洞的影響如何能延伸到事件視界之外呢?也就是說,引力是怎樣逃離黑洞的?如果說引力以不同於光的方式『移動』,那它為什麼會以同樣的速度傳播呢?其實這個問題很簡單,只是有些概念搞混了。