黑洞有強大的引力,物體掉進黑洞的速度能達到光速嗎?

2020-12-01 騰訊網

在中學階段曾學過重力勢能，很多人依然記得當時學過的重力勢能的表達式Ep=mgh，等式左邊的Ep代表重力勢能，等式右邊的m為物體的質量，g為重力加速度，h是物體距離地面的高度。從這個表達式中可以看到，物體離地面越高，其重力勢能就越大。

看到這個表達式，有人經常問這樣的問題：離地面很高的位置，重力勢能就會很大，物體從那樣的高度掉到地面上，重力勢能轉化為動能，物體的速度是不是就非常大？大到能夠達到光速？

物體從高處掉下來速度不可能達到光速，遠處的隕石掉到地面上速度最多也就是70千米每秒多一點，之所以不能繼續增大是因為g不是一個定值。中學階段一般只研究地面附近的情況，在地面附近重力加速度g可以認為是一個定值，而在離地面很遠的位置重力加速度會變小，並且是與到地心距離的平方成反比，g減小非常快。

Ep=mgh只是中學階段的重力勢能表達式，在這個表達式中規定物體在地面處的勢能為0。如果是涉及到大尺度的情況下，一般規定無窮遠處的引力勢能為0。物體由無窮遠處掉到地球的過程中萬有引力對物體做正功，物體的引力勢能會減少，並且萬有引力做了多少功，引力勢能就減少多少。這樣可以推出物體在地球附近的引力勢能表達式為Ep=-GMm/r，其中M為地球的質量，m為物體的質量，G為萬有引力常量，r為物體到地心的距離。從這個表達式中就可以看出，物體從無窮遠處到達了地球，它並非是減少了無窮多的重力勢能。

同樣的道理，物體和黑洞組成的系統的引力勢能也是將無窮遠處定義為勢能為0，物體由無窮遠處到達黑洞附近引力勢能要減少，減少的引力勢能也並非是無窮大。物體掉到黑洞中，速度不會是無窮大。另外由於相對論效應，物體的速度也不會達到光速。

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    如果一個人掉進了黑洞是死是活？這是在網上經常看到的問題。一方面科學描述的黑洞狀態極端，不可能存活生物；另一方面一些科幻電影，如《星際穿越》中的人們掉進黑洞，不但能存活，還能做出許多奇異的事情。到底哪個是真哪個是假？時空通訊的觀點是：不是掉進黑洞才會死亡，而是還沒掉進黑洞早就碎為齏粉了，不管是人是鬼，都成為基本粒子了。
  • 人類能不能利用黑洞達到光速?
    【每日科技網】　　回答：有質量的物體是無法加速到光速的如果我們把這個問題改為，人類能否利用黑洞達到接近光速的速度?那麼答案是：能。　　首先，如果一艘飛船一頭扎向黑洞，那麼當飛船接近黑洞表面(視界)的時候，它的重力勢能就完全轉換為動能了，此時它的速度就接近光速了。但我想這不是我們希望看到的，因為即使飛船和太空人沒有被黑洞的潮汐力撕碎，飛船進入黑洞之後也會一頭扎向黑洞中心的奇點，非常悲壯地結束整個故事。
  • 黑洞裡面是怎樣的?掉進黑洞會去哪裡?
    黑洞可以說是宇宙中最為神秘的天體之一，愛因斯坦的廣義相對論很早就預言了黑洞的存在。這種天體有別於其他天體，它們自身不會發光，而且還會把光以及其他物質都吞噬掉，從而導致它們無法通過電磁波手段直接觀測到。那麼，黑洞的裡面究竟是怎樣的呢？掉進黑洞的東西都去哪裡了？宇宙中的黑洞是怎麼產生的？天文學家又是如何確認黑洞的存在？
  • 黑洞逃逸速度是不是比光速還快?
    ，它的引力非常強大，使得視界內逃逸速度超過光速。不但掉入黑洞的物體逃不出，連物體上的光也逃不出，所謂視界就是光都不能跑出來的區域邊界，我們是看不到黑洞內部的。因此從定義上可知黑洞就是逃逸速度大於光速的天體。所以答案就是黑洞的逃逸速度確實比光速還快。但是宇宙中信息和能量傳遞的最高速度是光速，超光速是不存在的。因而什麼也逃不出黑洞。從這個角度講，黑洞是不存在逃逸速度的，存在的只是一個數值。
  • 如果我們掉進黑洞中,會是我們生命的終點嗎?
    要探究這個問題我們需要知道黑洞是什麼？黑洞是現代廣義相對論中，存在於宇宙空間中的一種天體。黑洞的引力極其強大，使得視界內的逃逸速度大於光速。故而，「黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體」。當我們開始接近黑洞的時候，我們根本不會有什麼感覺，感受不到任何異狀。和接近地球的感覺一樣，我們會處於一種「自由落體」的狀態，並且會有失重的感覺。再繼續接近黑洞，我們會感受到一種成為黑洞潮汐力的力，這種力取決於黑洞的引力梯度。黑洞質量越大，它的半徑就越大，而它的事件視界附近引力梯度就越小。
  • 有質量才有引力,光子沒有質量,但黑洞能把光吸住,這不矛盾嗎?
    茫茫宇宙，最快不過光速，最神秘不過黑洞，在現代物理學中，光速和黑洞一直以來都是熱門的話題，黑洞是一個密度可以大到連光都無法逃逸的一種天體，可以吞噬一切物質，而光具有目前真空中傳播最快的速度。黑洞可以吞噬一切物質， 那為什麼連光都無法逃脫呢？
  • 人一靠近「黑洞」就會死嗎?能否看到一個人掉進黑洞的過程?
    其中最核心的就是黑洞無法逃逸的真正理由，並不是大家通常想的逃逸速度超過光速造成，而是因為黑洞讓周圍時空扭曲形成閉環，造成沒有路出來，相信大家這都能理解，今天我們要談一談黑洞為什麼無法直接觀測，以及人靠近黑洞會發生什麼情況。首先要告訴大家，黑洞其實並不是「黑色」的，但是為什麼我們看起來它是黑的呢？
  • 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。
  • 從多高的地方落下，物體的速度才會超過光速？
    狹義相對論告訴我們物體是不可能達到光速的，因為會有一個質增效應，接近光速時質量趨近無限大，因此無論怎麼加速都不能讓它再加快一點速度！但有網友提出了一個尖銳的問題，萬有引力定律告訴我們，天體的引力和它們的質量成正比，質增效應導致引力增加，物體靠近速度會更快，如果有一個足夠大引力和無限遠的自由落體距離，物體會超過光速嗎？
  • 超大質量黑洞自轉速度幾乎達到了光速
    一支國際科學家小組利用美國宇航局「核星」(NuStar)X射線望遠鏡和歐空局的「XMM-牛頓」X射線望遠鏡，對我們鄰近星系中央的一顆大質量黑洞釋放出的X射線進行了觀測。計算表明，該黑洞邊緣的自轉線速度為29.8萬公裡/秒，幾乎達到了光速!
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  • 達到光速時間靜止,那光速飛行,能長生不老嗎?
    達到光速時間靜止，那光速飛行，能長生不老嗎？提起時間，人們往往會感嘆它可能是世界上最熟悉，同時也是最不可思議的事，畢竟誰也不知道時間從哪來，又到去往哪裡.在狹義相對論中，速度是時間的快進鍵，光速是時間的暫停鍵。
  • 天文學家測算超大質量黑洞吸積盤,旋速能達到0.7倍光速!
    藉助一項新技術，他們確定了5個吸積盤的旋轉速度，其中一個吸積盤座落於大名鼎鼎的愛因斯坦十字架，它的旋速達到光速的70%。藉助一項新技術，他們確定了5個吸積盤的旋轉速度，其中一個吸積盤座落於大名鼎鼎的愛因斯坦十字架，它的旋轉速度達到光速的70%。研究論文刊登在《天體物理學雜誌》上。
  • 黑洞邊緣的自轉線速度為29.8萬公裡/秒 幾乎達到光速
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  • 光速是宇宙中最快的速度嗎?有四種速度比光速還要快
    根據愛因斯坦相對論，有質量的物體在宇宙中的速度只能無限接近光速而無法達到，更無法超越。如果物體的速度被限制在了光速以內，那人類能夠探索的星空就非常有限了，我們將永遠不可能探索銀河系，探索整個宇宙。如果是這樣的話，那人類發展太空科技還有什麼意義？那麼光速真的是宇宙中最快的速度嗎？
  • 你見過黑洞嗎?如果人類被吸入黑洞你知道會發生什麼嗎?
    不止質量不一樣，連大小也不一樣，而宇宙中巨大的黑洞被稱為超級黑洞，它的直徑與地球相當，質量卻是太陽的數十億倍，超級黑洞甚至可以吞噬宇宙中的任何星系，重點來了，如果你掉進黑洞會發生呢？如果你掉進了一個黑洞，你以為自己可能馬上就會死掉嗎？，事實上你的命運也不止這麼簡單！我們總會在某個時候遇到這個古老的問題！ 一個人如果掉進黑洞後會發生什麼呢？
  • 強大的引力能夠扭曲時空形成黑洞,那麼磁力呢?
    對物理感興趣的朋友可能有所了解，當大量的物質聚集在極小範圍的空間內，將會產生強大的引力，達到一定臨界值時，物質結構將會發生坍縮，進而形成黑洞。黑洞強大的引力將局部空間扭曲，曲率變為無限大，形成了一個只許進、不許出的閉合空間。而這個將黑洞內部與外部分開的界面被稱之為視界面，任何物質進入視界裡就再也出不來了，即使以光速也逃逸不出來。
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    大家都知道黑洞是只進不出，意思就是一旦靠近黑洞達到一定程度，就無法逃逸黑洞，只能靠向黑洞的奇點前進。但是黑洞到底為什麼不能逃逸，不少網友認為是因為光速有一個上限，速度不能無窮大，所以就無法逃逸，今天我就來解釋下黑洞無法逃逸的根本原因。
  • 時間停止悖論能阻止黑洞的生長嗎?
    在這些星系的中心，超大質量的黑洞吞噬了足夠的物質，使其質量是太陽質量的數百萬或數十億倍。在吞噬物質的過程中，宇宙學家也發現黑洞存在發射輻射和相對論射流的行為。但是，有一個特別奇怪的現象，從外面看，任何被黑洞捕獲而下落的質量似乎需要無限的時間才能下落進入黑洞內，這能阻止黑洞的生長嗎？
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    愛因斯坦預言，在碩大的宇宙中，存在著一種質量超大，引力超強，並且看不見摸不著的神秘天體，具有非常大強大的吞噬力，一切靠近它的物體都會被吞噬並且撕碎，就連光和磁場都逃不過。試著想像一下，如果是你的腳先進入黑洞，那麼你的腳會受到比你的頭來得更強大的吸引力，這時候你會感覺到你的身體被拉扯，一定達到某個臨界點時，生命就走到了盡頭。凡是進入黑洞視界內的物體，都會被黑洞強大的引力撕成粉末，並最終成為組成黑洞的一部分。