在地球上,我們可以看到太陽東升西落,這是因為地球在自轉。與此同時,地球還會環繞太陽公轉,這是造成地球季節更替的原因。在過去的45億年裡,太陽一直為地球提供光和熱,所以生命才能在地球上繁衍生息。
如果把太陽換成質量相等的黑洞,或者把太陽壓縮成黑洞,這會給地球帶來什麼變化呢?地球會被黑洞摧毀嗎?
黑洞可謂是宇宙中最為極端的天體之一。它們之所以稱之為黑洞,是因為它們的極端引力可以讓光有去無回,我們無法在任何電磁波段看到黑洞,黑洞完全是至暗的天體。
根據廣義相對論,黑洞並沒有一種實體表面,其質量全部集中在中心的奇點,這個奇點被一片極度扭曲的空間所包圍。一旦物質和光穿過黑洞的事件視界,就不再會逃脫出來。
不過,人類還是在2019年首次捕捉到黑洞的照片,這是因為一些大質量黑洞的周圍存在發光的吸積盤,由此可以映襯出黑洞的存在。
宇宙中的恆星級黑洞都是從死亡的大質量恆星坍縮而來。根據奧本海默極限,恆星級黑洞的質量下限是3倍太陽質量,因為質量太低就無法坍縮成黑洞,而是形成中子星或者白矮星。
雖然恆星不會自發地坍縮形成與太陽一樣重的黑洞,但宇宙中可能存在質量很小的黑洞。在宇宙的極早期,整個宇宙的物質和能量聚集在很小的空間中,密度波動可能會引發某些超高密度區域坍縮成黑洞,這就是原初黑洞。這種黑洞的質量可以很小,並且有可能還存在於現在的宇宙中。
或者也可以直接把太陽壓縮成黑洞,根據史瓦西半徑公式:
由此可見,無自旋黑洞的大小隻取決於自身質量。計算可得,當太陽的半徑從70萬公裡壓縮為2.95公裡時,太陽將會不可逆轉地坍縮成黑洞。在這種情況下,地球以及整個太陽系都會被黑洞吸進去嗎?
其實不然。太陽變成黑洞之後,只是密度和體積發生了變化,但質量並沒有改變。根據萬有引力定律,引力的大小取決於質量和距離。因此,黑洞對地球的引力與太陽對地球的引力是一樣的,這意味著地球還是會環繞黑洞旋轉,而不是被黑洞吸進去,或者被黑洞的引力撕毀,其他天體亦是如此。
只有足夠靠近黑洞表面時,其引力才會變得十分極端。尤其是質量較小的黑洞,它們可以產生強大的潮汐力,使得靠近黑洞的物體的不同部分承受巨大的引力差異,導致物體被扯碎掉。
因此,如果太陽變成黑洞,地球以及太陽系其他天體的運動都不會改變,還是會按照原有的軌道運動。只是沒有了太陽光所帶來的熱量,整個地球將會被冰封,溫度將很快會下降到零下兩百度,不再適合生命生存。
50億年之後,當太陽走向死亡時,我們的太陽並不會演化成黑洞,而是會成為白矮星。如果地球足夠幸運,沒有被紅巨星吞沒,地球依然會繞著死亡的太陽旋轉,只是那時的地球上應該不會有人類了。