科學家:任何有質量的物體都能變成黑洞,可用這個公式算出半徑

2020-12-05 好奇心之一

宇宙中有數不盡的天體,目前我們所看到的宇宙不過是一小部分,宇宙外面還有無窮大的空間。黑洞是目前為止最神秘的天體,最早是在上個世紀七十年代才發現它的身影,但是在更早之前,就有人通過數學公式推斷出它的存在。

這是個計算黑洞半徑的公式,由物理學家史瓦西結合相對論推導出來,並描述了一件事實,任何有質量的物體都可以變成黑洞。愛因斯坦在廣義相對論中提到引力波,宇宙中的天體之所以會飄浮在時空中,而且能產生相互的引力,就是因為引力波的存在。

這些天體就如放在一張網上面,質量越大造成的凹陷越深,然後對周邊的天體形成的引力越大。如果說有種天體質量很大,但是體積很小,造成的凹陷就更深,那麼周邊時空的扭曲程度也更加嚴重,最終周邊的天體想要逃離它的引力就需要一定的速度,這也是逃逸速度,物理學家史瓦西結合前面的引力場和逃逸速度計算出了史瓦西半徑:Rs=2GM/c^2Rs。

通過這個公式我們可以計算出一個物體想要變成黑洞,其半徑要縮小到多少才行,而恆星要多大的質量才能塌縮成黑洞。經過計算我們可以得知太陽需要縮小成3千米才有機會變成黑洞,而地球的史瓦西半徑只有約9毫米,其他更小的物體則半徑就更小,甚至達到納米級。

黑洞的質量和密度無限大,於是引力也變得無限大,最終連光都無法從中逃逸。不過令人好奇的是,它的體積那麼小,導致凹陷得很深,這麼久以來它吞噬了那麼多物質進去究竟又變成了什麼呢?對此很多人認為是奇點。但由於所有的人造設備都不能進去探測,因此這也成為了最難解開的謎。

相關焦點

  • 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?
    我們都知道,中子星和太陽質量之間大概是1.5:1的樣子,而一旦確定目標物體的質量,便有利於我們確定它到底是黑洞、還是中子星。與此同時,我們還需要觀察目標物體發出的X射線變化情況,因為落入黑洞的物質,並不會山發出穩定的X射線輻射,相反還會呈現出零星散落的趨勢,從而導致了其發出的X射線出現了強弱的變化。
  • 地球變成黑洞半徑只有9毫米,宇宙變成黑洞有多大?你可能想錯了
    ,而且是看不見的,它只是關於黑洞體積的一種定義,即光線無法逃逸出黑洞引力場的地方,在這個邊緣的外面,物質因為有光可以發出,所以還是可見的,但是在這個邊緣的內部,光等物質永遠無法逃脫出來,所以一切都是不可見的,黑洞的內部是看不到的。
  • 地球體積收縮多少倍會變成黑洞?不用愛因斯坦的相對論一樣能計算
    但真實的情況確實無法用圖片描述,所以科學家為了科普大眾,只好給我們畫了這樣的圖,明知錯的也得畫,還真是難為科學家們了。空間是三維的,並不是一個平面的網,而黑洞也不是因為有這個網才不會掉下去。但是從這張圖你能夠直觀地感受到,從左面坑裡跑出來還是挺容易的,但從右面的坑裡跑出來,顯然非常困難了,當光都跑不出來的時候就是黑洞。前面我說顯然非常困難,有沒有感覺有些問題?
  • 黑洞是宇宙中密度最大的天體嗎?科學家:黑洞的密度可能很小!
    導讀:黑洞是一種神奇的天體,它無時無刻不在吞噬各種物質,但卻沒有人知道這些物質去了哪裡!它強大的引力甚至連光都無法掙脫,所以我們無法直接觀測到黑洞的存在,只能通過黑洞與周圍物質的作用來推測它的存在!除此之外,科學家還發現了一個神奇之處:黑洞的密度可能很小!我們知道,一個物體質量與體積的比值被稱為密度,可以說密度是對特定體積內的質量的度量。
  • 如果你想把你的貓變成黑洞,那麼你有兩個選擇!
    黑洞是非常非常重(質量大)的天文物體,當我第一次了解黑洞的時候覺得這些黑洞非常的炫酷,而且屬性怪異,如果自己能製造一個黑洞就好了。哈哈,說道要製造一個黑洞,那我們今天就來假設一下,如果可以的話。其實你只需要知道兩件事就可以非常粗略的計算出這些臨界點,即什麼是史瓦西半徑公式,以及公式球形物體的質量。史瓦西半徑是事件視界距離黑洞中心的距離,在這個距離之內沒有任何東西能夠逃脫,包括光。你也許知道它叫做事件視界。史瓦西半徑有多大取決於黑洞的質量,也就是說黑洞的質量越大,史瓦西半徑就越大。
  • 可觀測的最小黑洞有多大?最大的黑洞有多大?黑洞大小怎麼算的?
    黑洞是宇宙中最有趣和最神秘的天體之一。可是,從數學方面上來說,任何一個有質量的物體都可以成為一個黑洞!意思就是你,我,任何看這篇文章的小夥伴,和其它的任何東西都能變成一個黑洞。只要你將它壓縮至一個足夠小的空間,這個空間的大小叫做「史瓦西半徑」。
  • 建立在「史瓦西半徑」下的「黑洞」真的存在嗎
    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。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。」
  • 怎麼理解M87黑洞65億個太陽質量濃縮到一個比原子還小的奇點裡?
    根據能量守恆定律,一個哪怕一個1立方釐米1℃的物質,熱量保持卻變成了無限小的奇點,其溫度就會變得無限高。何謂無限曲率?實際上就是表現出引力無窮大。時空被無限彎曲到奇點上了,任何物質都被彎曲的不見了,沒有了,當然就表現出無限大了。但無限曲率的影響範圍是有限的。
  • 如果月亮變成一個等質量的黑洞將會發生什麼?
    實際上,使用有關太陽系中宇宙飛船的觀測結果,我們可能會對任何偏離愛因斯坦廣義相對論的成果有更為精確的界限。從研究的角度看,這樣的黑洞代表著巨大的機會。以上就是「黑洞取代月球」的全部影響了。失去了月光,但我們能在強引力場中進行原位研究。幸好題主說的是「等質量」。這實質上意味著,儘管它是一個黑洞,但它將具有與月球相同的重力。
  • 把地球壓縮到多大,才能變成一個黑洞?
    地球變成黑洞後,史瓦西半徑為8.85毫米,也就是一個普通湯圓的大小,壽命為10^48年,表面溫度為0.02K。史瓦西黑洞的性質,由黑洞的質量決定,該黑洞對應一個史瓦西半徑:描述當任何物體的實際半徑,小於對應的史瓦西半徑時,都會塌縮成黑洞;黑洞中心有一個奇點,黑洞質量集中在這個奇點上,廣義相對論描述奇點密度無窮大,半徑無限小。
  • 任何物質都逃不出黑洞!霍金:並非如此,有東西可以從黑洞「出來」!
    而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——「黑洞」就誕生了。 而在黑洞的邊沿是事件視界,所有越過事件視界的物質都會被吸入黑洞內,它無情的吞噬著它周圍的一切,甚至連光都無法逃脫。 人類已知最快速度——真空中的光速都逃不出黑洞的魔掌,那肯定沒有什麼可以能從黑洞中逃出來了。這樣的觀點統治了學界幾十年,直到宇宙之王——霍金的霍金輻射理論問世。
  • 黑洞距離我們有多遠,這些黑洞對地球和人類有威脅嗎?
    黑洞之所以引力大,可以撕碎和吞噬一切,是因為它縮成世界上最小的物質,就是中心那個奇點,以及包裹著奇點的一個空蕩蕩的球,這個球就叫史瓦西半徑。這個史瓦西半徑是世界上物質所能達到的最小臨界半徑,任何物質到達這個臨界半徑,就只能成為一個黑洞。
  • 光都無法逃脫黑洞,那麼,科學家又是如何給黑洞拍照的呢?
    黑洞是如何被發現的黑洞這個名詞是在20世紀提出來的,其實,在18世紀,已經有科學家感知到了黑洞的存在,稱之為暗星。這是一個偉大的洞見,超越時代100多年。英國物理學家約翰·米歇爾在1783年提出了一個理論,如果有一顆和太陽質量相等,但體積很小的天體,這導致這個天體的引力非常大,以至於光子都無法逃脫。他提出這一理論的時候正是大清乾隆48年。
  • 很多恆星質量比黑洞都要大,黑洞一毛不拔!為什麼恆星還能發光?
    距離地球最近的黑洞是2800光年外的麒麟座V616,我們能觀測到它完全得益於它有一顆0.5倍太陽質量的黑洞,因為黑洞的引力擾動對這顆恆星的運行以及光譜都發生了變化,從而可以計算出這顆黑暗天體的質量高達太陽的9-13倍,而高於奧本海默極限的天體成了距離地球最近的候選黑洞之一!
  • 光子有沒有質量,為何被黑洞吸引?
    圖:逃逸速度公式推導不同星球的逃逸速度不同,取決於星球的質量與天體半徑的比值,意味著質量越大,體積(半徑的立方)越小的星球,越難以逃逸(黑洞:這不就是在說我嘛,任何物質,包括光都不行)。石頭的質量與它能不能逃離星球無關,它的質量大小只是決定了需要獲得多少能量才能達到逃逸速度。
  • 如果地球變成黑洞,一立方釐米物質將達4萬億億噸,那麼整個宇宙變成...
    通常天體內部的物質密度要比外面的物質密度大一些,比如中子星,中子星表面的物質密度大概是每立方釐米一億噸,然而在中子星的內部,密度可能達到了每立方釐米一百億噸,所以黑洞很可能也是不一樣的,很多科學家認為黑洞內部有一個奇點,那個起點才是黑洞中物質和能量的聚集之地,會佔有整個黑洞質量的絕大部分,所以在黑洞的視界內部,其密度是不可能平均的。
  • 黑洞裡面是什麼樣子?俄國科學家畫出了內部結構圖
    所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,直到最後形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。  質量小一些的恆星主要演化成白矮星,質量比較大的恆星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算,中子星的總質量不能大於三倍太陽的質量。如果超過了這個值,那麼將再沒有什麼力能與自身重力相抗衡了,從而引發另一次大坍縮。
  • 用史瓦西半徑公式開腦洞
    它的含義就是,如果有一坨質量為 m 的物質被壓縮在半徑小於史瓦西半徑 rs 的球形範圍內,那麼在這個球形範圍內,沒有任何東西能逃脫出來跑到這個範圍之外,包括速度為 c 的光。公式中的 G 是萬有引力常數。我們進一步思考,如果使用一種密度固定的物質去堆一個球,一直堆一直堆,越堆越大。由於這個球的半徑是以線性增長的方式擴大,而公式右側的質量卻是以半徑三次方的方式增長,那麼當這坨球足夠大時,一定會出現一個時刻我們堆出來一個滿足了史瓦西公式的玩意兒,也就是我們手工打造了一個黑洞。
  • 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。
  • 宇宙最黑暗的秘密,黑洞最不燒腦的解讀,2020諾貝爾物理學獎
    科學家霍金曾經說: 「事實有的時候比小說更奇妙,黑洞最能真實地體現這一點,它比科幻作家幻想的任何東西都更加奇妙。」那麼,黑洞到底是什麼呢?首先黑洞不是一個洞, 它是一個位於我們銀河系,一個看不見, 一個不發光的天體。