建立在「史瓦西半徑」下的「黑洞」真的存在嗎

2020-12-06 Q博士科學探奇

2019年4月10日,天文界聯合發布了關於」黑洞」有史以來的第一張照片。無疑,對於科學愛好者來說,是一個令人激動的時刻。這一時刻已深深寫入人類天文史。但是一直以來,關於「黑洞」的具體成因在物理界中存在極大的爭議。儘管這次發布的是由各國優秀科學家組成的科學團隊聯合研究的成果。

眾所周知,現在的「黑洞」是指「史瓦西半徑」下的「黑洞」。它與「宇宙大爆炸」、「奇點」等是建立在「史瓦西半徑」理論的基礎上,歷來,雖有人對上述的各種物理解釋存在懷疑,但對「史瓦西半徑」卻一直深信疑。

然而,「史瓦西半徑」確定、一定以及肯定真實存在嗎?萬一「史瓦西半徑」不存在呢?顯然回到源頭上重新考察一下「史瓦西半徑」的合理性對解開天文謎案相當重要。

一、史瓦西半徑簡介

史瓦西半徑(Schwarzschild radius)是指任何具有質量的物質都存在的一個臨界半徑特徵值。在物理學和天文學中,尤其在萬有引力理論、廣義相對論中它是一個非常重要的概念。1916年卡爾·史瓦西首次發現了史瓦西半徑的存在,他發現這個半徑是一個球狀對稱、不自轉的物體的重力場的精確解。 一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比。太陽的史瓦西半徑約為3千米,地球的史瓦西半徑只有約9毫米。

史瓦西半徑的公式反映「如果特定質量的物質被壓縮到該半徑值之內,將沒有任何已知類型的力可以阻止該物質在自身引力的條件下將自己壓縮成一個黑洞。」

在史瓦西半徑以下的天體的任何物質——包括重力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點(gravitational singularity)。由於在史瓦西半徑內連光線都不能逃出黑洞。

「史瓦西半徑」的存在有待商榷

史瓦西半徑的公式:

(註:Rs為天體的史瓦西半徑,G為萬有引力常數,M為天體的質量,c為光速)

史瓦西半徑中含有引力常數G,它的物理內涵是什麼?涉及的物理機制是否一成不變?G是否能放之四海而皆準呢?當前人們把引力G不加考察,視為一個不因物理環境而變化的常量而任意運用到各種情形中,其所得的結果是值得商榷的!

據探索者邱旭濱研究發現,現代物理學中很多物理量間存在著密切的關係,很多常數並不「常」,它們包含著深刻的相關物理信息,如可以推導出靜電常數

靜電常數結構

萬有引力常數:

萬有引力常數結構

等等。並有萬有引力公式:

萬有引力
引力做功

從引力常數的物理信息可以看出,G並不是一個沒有條件約束的簡單的「數值」。比如按上述G的物理結構,在史瓦西半徑下,G是否還能保持一致是值得商榷的。因為在史瓦西半徑內,核心強大的「重力」將導致電子被壓縮到原子核中,核不再成核,原子基本結構消失,一般的物理規律失效,哪裡還會存在G的結構關係呢?哪還能用引力公式推導出史瓦西半徑的公式呢?

從上邊的引力公式可以看出,引力是運動物質間實實在在的相互作用,與熱力學有著密切的關係。它涉及多個物理量間的關係,是在某個結構層次上形成的,具體成因是複雜多樣的,不是簡單的。其間可能涉及到了物質質量的成因、質量與溫度的關係、質量與電、磁的關係等等。如有科學家通過實驗,得到了「質量隨溫度發生變化」這一觀察結果,至少說明在對此現象未有定論前,引力常數G並非放之四海皆準。

因此,要徹底解開「黑洞」現象的真實物理成因,還必須認真考察引力的具體機制,只有解開了引力的具體成因,才有可能避免引力常數G的濫用,才有可能真正揭開眾多的天文現象的成因,解開世人心中之謎。

科學探索者簡介:邱旭濱 發現庫侖公式隱藏的秘密並建立了動態電磁庫侖公式,修正麥克斯韋方程,為解開系列科學謎案打下新的基礎;論證了量子與溫度及電荷之間存在的確切關係;解開了引力常數結構及系列物理量間的隱密關係;解開了溫度單位的本質含義;發現導致微觀層面適用洛侖茲變換的秘密等。

相關焦點

  • 如何用廣義相對論證明黑洞存在?史瓦西半徑又是啥?
    發現這個奇特現象的科學家將這個半徑r用他的名字定義為史瓦西半徑。史瓦西半徑處的奇異性意味著什麼?我們設想有一個非常勇敢的太空人(他必須勇敢到可以無視被潮汐力撕成兩半的生命危險),駕駛著他的飛船飛速駛向某星體的引力中心,當然我們假設該星體史瓦西半徑大於該星體表面的厚度,以保證我們的太空人不會先撞上星體表面。那在遠處的我們會看到什麼呢?
  • 怎麼算恆星型黑洞的史瓦西半徑,我們的地球會被黑洞吞噬嗎?
    但事實上,黑洞也因為不同的屬性特徵而被劃分為不同的類型,比如,當恆星進化到終點時所形成的恆星型黑洞。當一顆高達太陽質量數十倍的恆星,在耗盡內部的所有能源之後,便會在之後的坍塌過程中形成一個恆星型黑洞。那麼,這些無法直接觀測到的恆星型黑洞,科學家們是通過怎樣的方式找到的?其史瓦西半徑又是如何通過逃逸速度計算得出,我們的地球有可能被黑洞吞噬嗎?
  • 黑洞的奇異性,從量子信息到史瓦西半徑!
    這個問題的解答是由史瓦西(Karl Schwarzschild)找到的。史瓦西解在任何靜態的圓形物體周圍都是有效的,而且值得一提的是,它只依賴於物體的質量。然而,當所有的質量都被壓縮到一個特定的半徑之內時,就會發生相當奇怪的事情,這個半徑被命名為史瓦西半徑。
  • 史瓦西半徑了解一下
    史瓦西半徑史瓦西半徑是任何有質量的物體都存在的半徑,是黑洞的臨界值。小於史瓦西半徑的物體將演變成黑洞,吞噬一切。史瓦西半徑與其質量成正比,質量越大,半徑值越大。比如銀河系中心的黑洞大約有780萬公裡,太陽的史瓦西半徑為三公裡,地球的史瓦西半徑只有九毫米。
  • 史瓦西半徑和錢德拉塞卡極限殊途同歸
    史瓦西半徑既是廣義相對論場方程的一個複雜解,也是一個萬有引力方程的簡單解,萬有引力方程的簡單解和廣義相對論場方程的複雜解都寓意了黑洞的存在,兩種方程式對黑洞天體的成功預言符合哲學原理論的「等效原理」。根據史瓦西半徑的「牛頓解」和「愛因斯坦解」,假如一個天體的半徑小於史瓦西半徑,那麼天體在自身重力作用下將發生坍塌,高密度天體的引力將達到臨界狀態,或高密度天體周圍的時空彎曲將達到臨界範圍,無論來自什麼方向的光線和物體一旦進入史瓦西半徑的「臨界點」,它們都將「有去無回」、或被吸入黑洞中心的奇點。
  • 用史瓦西半徑公式開腦洞
    在《三體》第三部《死神永生》中,大劉寫到人類自己造了個黑洞玩兒,並且提到了黑洞的事件視界和史瓦西半徑。史瓦西半徑的推導過程大家可以自己去搜一搜,它寫出來就是這樣的形式:首先我們回到最初的史瓦西半徑的定義。我們前面提到的定義其實是非常非常籠統的。實際上史瓦西半徑的求解也和著名的「真空中的球形雞」段子類似,有著嚴格的要求:求解必須在一個球對稱、不帶電、不自轉的條件下進行。
  • 宇宙半徑小於史瓦西半徑,是否意味著宇宙是一個超級黑洞?
    這是一個很好的想法,但是宇宙和黑洞還是有著本質的區別;黑洞內部到底是什麼,現在科學上都沒有明確的答案,所以這個想法也不能說錯吧!黑洞是天文學中常見的名詞,表示引力大到連光也無法逃離的天體,在一個黑洞附近,光線無法逃離的區域,對應半徑叫做史瓦西半徑,可以由如下公式給出:如果我們把可觀測宇宙質量大約m=10^54kg,帶入上面公式,可以估計出對應的史瓦西半徑為1500億光年,已經遠遠超過了可觀測宇宙的實際半徑460億光年。
  • 等離子體兩天繞M87星系黑洞一周,按史瓦西半徑算超光速的原因
    發布會視頻截圖根據專家在發布會上給的數據推算出黑洞史瓦西半徑,按照這個半徑估算這些等離子體的繞轉速度近70萬公裡/秒,是超過光速的,這是怎麼回事?專家說根據愛因斯坦的廣義相對論預測每個黑洞中央都會有陰影,這是由於落入黑洞中央的光子在強大的黑洞引力下無法逃逸,最後在黑洞的引力透鏡效應下形成一個很完美的環狀結構。這個環狀陰影結構的角直徑只有42微角秒,不到億分之一度,在M87星系的距離上這個直徑有1000億公裡。
  • 在我們宇宙中,存在視界半徑超過一光年的黑洞嗎?
    視界半徑一光年的黑洞質量將超過3萬億倍太陽質量,目前人類觀測到的黑洞當中,沒有視界半徑能達到一光年的,但是宇宙之大,也許在人類看不見的某個地方,就存在這樣一個龐然大物。天文學觀測表明,幾乎在所有的星系中心,都至少存在一個超大質量黑洞,比如我們銀河系中心的黑洞,質量就高達400萬倍太陽質量,周邊還存在幾個數萬倍太陽質量的中型黑洞;物質無法穿透的黑洞邊界稱之為黑洞視界,對於史瓦西黑洞來說,視界半徑與黑洞質量成正比。
  • 太陽系邊緣真的存在第九大行星,而且它是一顆胡柚般大的黑洞嗎?
    最近有人驚呼,科學家們正在執行一個LSST搜索計劃,讓太陽第九大行星,隱藏在太陽系邊沿的黑洞現身。那麼如果這顆黑洞真的存在,地球有危險嗎?這個說法當然有些驚世駭俗。由此可以認為,即便是1毫米的黑洞,靠近地球,也會把地球吃掉,並漸漸把太陽系吃掉。現在突然有人提出太陽系有一顆黑洞,如果這個黑洞真的存在,距離我們也就1光年左右,一下子把黑洞最近距離拉近了1000倍,我們還能活命嗎?其實大家大可不必驚慌,我認為這只是一個噱頭。
  • 真的不存在行星質量級別的黑洞嗎?
    目前觀測到的最大黑洞編號為SDSS J140821.67+025733.2,質量大約為太陽的1960億倍,最小的黑洞編號為IGR J17091-3624,質量大約僅為太陽的3倍。根據科學理論的測算,該黑洞已經非常接近理論上的質量最小黑洞了!根據測算,該黑洞的史瓦西半徑僅有9公裡!可想而知其規模多小了。那為什麼不存在行星質量級別的黑洞呢?僅僅是因為人類觀測設備的制約才被科學家認為不存在嗎?
  • 史瓦西:計算出黑洞的人
    之後,史瓦西離開哥廷根大學前去波茨坦就任天體物理觀測站站長,這是當時德國天文學界最受尊敬也最被期待的職位,而史瓦西完全勝任。1910年,哈雷彗星造訪地球,史瓦西進行了深入的研究,同時在這一時期,他又在光譜學領域做出了重要貢獻。40歲那年,史瓦西被選為德國科學院院士。但正所謂:一個人的命運也要考慮到歷史的進程。
  • 【銷售人社區】從實例看品牌營銷的史瓦西半徑
    「史瓦西半徑」是天體物理學的一個概念,講的是一個物體的半徑小於(不含等於)史瓦西半徑時,便形成黑洞[1]。天體物理學研究說,銀河系最大的黑洞史瓦西半徑為780萬公裡,太陽的史瓦西半徑為3公裡,地球的史瓦西半徑為9毫米。那麼,在品牌營銷過程中,具體品牌營銷的聚焦點,或叫產品品牌特性的奇點在哪裡?如何聚焦和歸納?本文這裡與讀者共同分析。
  • 揭示宇宙奧秘的13個常數(九)---史瓦西半徑
    歡迎廣大宇宙愛好者持續關注我們微信平臺!宇宙解碼公眾平臺即將推出科幻故事連載活動,將會在每周六或周日發布一篇精選科幻故事,覺得好看就分享給朋友吧!同時空間探索的進展也以一種百年前人們無法預料的方式,使人們能與太陽和行星「親密接觸」。不過,許多偉大的天文學成就都是在計算機技術出現和空間探索起步之前獲得的,這一點也證明了人類智慧的了不起。史瓦西半徑便是其中最好的例子之一,這一概念描述了恆星死亡之後所殘留下來的黑洞。要充分理解這一概念,我們首先要了解一下恆星的壽命問題。
  • 黑洞會大黑洞吃小黑洞,一個黑洞套一個黑洞嗎?
    黑洞有一個史瓦西半徑,在這個史瓦西半徑裡是黑洞的一統天下,任何物體只要進入了這個史瓦西半徑的球體,就無可遏制的墜落到了那個似有似無的奇點上,連光也不例外,所以真正的黑洞是看不到的,黑乎乎一片虛空。史瓦西半徑是根據質量決定大小的,計算公式為:R=2MG/C^2。
  • 黑洞帶電嗎?旋轉嗎?
    黑洞成了一個既熟悉又陌生的話題,它在科幻作品裡是隱形的、貪婪的怪獸,而科學家喜歡用各種「模型」來描述它。最簡單的黑洞模型是一個不旋轉也不帶電的洞。1916年,德國物理學家史瓦西通過推導公式,建立了這種史瓦西黑洞模型。
  • 黑洞真的存在嗎,是不是一些人隨意猜測,其實就是一個通道?
    這個解的內涵就是:如果一個靜態球對稱的天體實際半徑小於自己質量的臨界半徑,其周圍就會產生奇異現象,即存在一個「視界」,任何物質進入了這個界面,都無法逃脫,連光也不例外。人們把這個臨界半徑稱為史瓦西半徑。
  • 黑洞是個怎樣的存在?質量真的可以無限大?人類能「駕馭」黑洞嗎
    黑洞是個怎樣的存在?質量真的可以無限大?人類能「駕馭」黑洞嗎根據我們人類偉大的科學家,愛因斯坦提出來的宇宙大爆炸理論。這個宇宙中的天體,是來自一場大爆炸中。光是在我們人類目前可觀測到宇宙範圍裡,就至少存在著兩萬億個星系。所以這個宇宙裡,到底有多少天體呢?沒有人數的清楚。不過這個具體的數量,就算是計算出來也是沒什麼用的。因為這些天體和人類一樣,都是有壽命的,所以每時每刻都會有天體的死亡和毀滅。那麼我們知道人類會有意外死亡,天體也會有。而有很多這種意外事件,都來自於一個罪魁禍首,那就是黑洞。
  • 經典力學也能預測黑洞存在,並計算出其半徑,為什麼沒人提?
    原因介紹如下:①經典力學的黑洞,當時被稱為「暗星」暗星的由來,早先是由18世紀的科學家米歇爾,當時在寫給卡文迪許的一封信裡提到的,認為宇宙中會不會存在一種引力極強的天體,連光線都無法在其表面逃離。相同的觀點,法國科學家拉普拉斯也提過。
  • 白洞比黑洞更可怕嗎?
    白洞是一種理論上存在的物體,它的特性與黑洞完全相反,簡單來說:物質遇到黑洞就是有進無出,而物質遇到白洞,連進都進不去,也就是有出無進。但實際上,人類目前也只有發現了黑洞的存在,而白洞至今沒有被發現,因此我們對於白洞的了解,也僅僅是理論上而已,無實際觀測。雖然白洞的概念聽著挺奇幻,但實際上它和黑洞是一母親所生,甚至在這個過程中還存在另一個宇宙,雖然咱們的宇宙和這個宇宙並不能建立任何信息聯繫。