最弱雞的引力,為什麼能讓無敵的恆星坍縮成黑洞?

2020-12-05 星辰大海路上的種花家

「重力」是超級無敵的存在嗎?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?

在了解引力為何有如此巨大的力量之前,我們來簡單分析下幾種基本作用力!

一、強作用力

這是四種基本作用力種最為強大的力量,但比較好玩的是它的作用距離非常短,僅僅在10^-15-10^16M的範圍內作用,大於這個距離就沒有效果了!

二、電磁力

原子與原子結合之間的力,我們接觸到固體等能成塊就是電磁力的作用!

在這裡必須要中斷下繼續介紹基本作用力,第一種強作用力的力量非常強大的,比如質子與質子以及與中子之間的結合力量是非常難打破的,傳說中的「水滴」表面就是強作用力材料製成,但事實上有一個非常有趣的現象,理論上原子核都是中的質子和中子都是強作用力束縛住的,但當中子與質子過多時候,比如92號的鈾元素,因為強作用力並不能無限疊加,超出其作用範圍就會被質子之間的電磁排斥力(都帶正電)所抗衡,當這個質子球球越多,那麼其不穩定就會越甚!因此92號以及以上的放射性元素都會衰變,比如118號元素甚至毫秒級即衰變成116號元素了,很快又將衰變成114號元素……

簡單的說最強大的兩種力,強作用力和電磁力都無法成為推動黑洞的作用力,因為它們會打架!

三、弱作用力

這是倒數第二、作用距離第一短的作用力,它只作用於電子、夸克層子、中微子等費米子,這是有選擇性的,它胃口不好,挑食!

四、引力

最後只剩下了啥都不挑的引力,因為即使是無限遠距離的電磁力在同種電荷的作用下依然是排斥的,所以擔當坍縮出黑洞的大任就落到引力身上了!引力儘管非常微小,但它作用距離無限,這是第一,第二,力量不夠數量來湊,當逐漸因引力聚集到一起的物質最終將會變成極其龐大的一個天體,那麼超過電子簡併力只是一個時間問題,這是形成變態天體的第一個關鍵!

1.電子簡併力:根據泡利不相容,兩個或兩個以上的粒子同時處於相同的單粒子態,所以電子並不能疊在一起得到超級壓縮的物質,這就是白矮星對抗坍縮的力量來源,但很抱歉這不是四種基本力!而壓垮這個極限是錢德拉塞卡極限!也就是白矮星超過1.44個太陽質量

2.中子簡併力:和電子簡併力一樣,這是引力坍縮下電子進入到原子核內部和質子中和成了中子,它是中子星對抗引力坍縮的法寶,當然終有一根稻草將壓垮駱駝!這根稻草的極限是恆星坍縮時候內核大於3.2個太陽質量!

3.傳說中存在夸克星但很可惜並沒有實際觀測到這樣的天體,所以我們假定它存在

4.引力戰勝了一切成了宇宙中BUG一樣存在的黑洞!此時,物質世界所有的力都崩潰了,最弱雞的引力成了笑到最後的王者!

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。
  • 宇宙中最大的恆星R136a1,它能吞了最小的黑洞嗎?
    比如標題中描述的黑洞,因為最小的恆星型黑洞生成時質量並不大,大約只有太陽質量的3.8倍,而宇宙中比這個質量大的恆星比比皆是!上圖是恆星的一生,無非就是幾個結局,黑矮星-白矮星-中子星和黑洞,我們重點來聊下恆星的最後時刻,即在超新星爆發前的那一個內核的狀態:1.支撐恆星不被引力坍縮的是內核聚變的輻射壓2.愛丁頓極限是輻射壓和引力坍縮對抗的理論平衡點
  • 引力是四種基本力中最弱的,為何是它引起坍縮產生黑洞?
    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。引力與電磁力共同影響宏觀世界,但是引力的強度比另外三種都要弱。正如前面的例子所提到的,1公斤氫原子當中蘊含的電磁力就堪比地球對月球產生的引力。不過這也是一件值得慶幸的事,假如引力的作用像電磁力那麼強,那麼整個宇宙就應該是一個大黑洞,而不是像今天這樣繁星璀璨。
  • 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!
  • 不是所有的恆星都會演化成黑洞,但所有的黑洞終將會消失
    為什麼一些恆星終將演化成黑洞? 這是恆星的引力與內壓力所決定的。兩種力相互對立,恆星的引力作用於恆星表面物質,使物質有內陷的趨勢。同時,恆星的內壓力在恆星表面產生向外的力,使物質有向外擴張的趨勢。
  • 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?
    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。
  • 黑洞叫引力坍縮徹底的恆星?十億光年外看地球會看到時光倒流?
    黑洞就是一個引力很強的空間區域。任何東西——甚至連光——都因為不夠快,不能從其內部逃離。雖然這一概念最初是在理論物理學家豐富的想像中被構思出來的,但現在我們已經在宇宙中發現了數百個黑洞,並且它們以百萬計。儘管這些黑洞是不可見的,但它們以一種很容易被探測到的方式與周圍環境相互作用,並對其產生影響。
  • 太陽會坍縮成黑洞嗎?如果太陽變成了黑洞,地球會被吞噬嗎?
    氣體佔了恆星絕大部分質量,恆心超強的引力場總試圖使恆星坍縮,而恆星核內發生的聚變反應,就像一顆巨大的聚變炸彈,試圖引爆恆星。恆星的引力和聚變反應產生的爆發力之間的平衡決定了恆星的大小。當恆星死亡時,核聚變反應停止,因為核聚變反應的燃料消耗殆盡。同時,恆星的引力將物質向內拉向核心,並壓縮核心。
  • 黑洞的形成原因:向內坍縮的引力,和無法抵抗它的「中子簡併力」
    黑洞的形成原因:向內坍縮的引力,和無法抵抗它的「中子簡併力」我們知道存在質量的物體之間,存在萬有引力。而這種引力不只存在於不同的物體之間,在同一物體的內部,同樣也存在引力造成的向內的吸力,通常會和物體內部的壓力相互平衡。
  • 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。引力相互作用但是萬有引力就不一樣了,雖然萬有引力的強度遠比另外三種力弱,但是萬有引力的作用範圍無限遠,並且可以無限疊加,其強度完全取決於質量分布,只要在一定空間內不斷增加質量,引力的強度就能無限增加。
  • 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。
  • 太空中一個多大的水球才能坍縮成黑洞?
    如果向很大的太空中注水,那麼需要多少水才會使這個水球變成黑洞?黑洞曾經是廣義相對論中預言的天體,大神史瓦希在一戰戰場上求得了史瓦希黑洞的特解!描述的是一個不自轉,不帶電荷的純質量天體,其環繞速度為光速!理論上只要質量足夠,那麼它就能坍縮成黑洞,當然我們常見的恆星型黑洞都是超大質量的天體演化到末期時,鐵核坍縮而成!
  • 為什麼太陽沒有資格成為質量最小的黑洞?
    現在科學家給出了兩個可能:質量最小的黑洞,或者是一顆大質量中子星!我們知道黑洞是引力坍縮的極限,如果把足夠大的質量壓縮到足夠小的體積裡,那麼它自身的重量就會把質量擠到一個極限。外圍剩下的只是一個扭曲的空間,它可以捕獲任何離它太近的東西,甚至是光。
  • 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!2、中子星階段即便是是泡利不相容那無法存在完全一致量子態的電子簡併力,也是有極限的,而無限增加的質量將會壓垮這個結構,而這個質量極限就是穩定白矮星的質量上限:錢德拉塞卡極限,此時電子簡併力再也無法對抗引力坍縮,進入了原子核與正電荷的質子中和成了中子,從理論上來看物質就成了中子的海洋
  • 恆星形成的黑洞質量更小,那為啥引力會更強呢?
    如果一個黑洞是一顆非常大的恆星核心坍縮後的殘餘,那麼死亡恆星的引力是如何增加而產生黑洞的呢?也就是說恆星生前的質量肯定大於黑洞,因為黑洞是由恆星形成的,但光可以逃離恆星的引力,但黑洞形成以後,光就無法逃脫黑洞。這聽起來確實像一個悖論,那麼是恆星死亡時,質量以某種方式增加了嗎?
  • 大爆炸初期物質密度極高,為啥宇宙沒有坍縮成黑洞?
    那麼聽到這段話大家有沒有想到一個問題:宇宙開始於密度極高的物質區域,為啥沒有坍縮成一顆黑洞?如果你覺得這不是一個問題,或者認為宇宙一開始怎麼能塌縮成黑洞呢?那麼請考慮以下事實。從基本原理出發,在我們的宇宙中,物理定律在任何時候、任何地方不僅存在而且有效。
  • 黑洞與引力坍縮之前的物質種類沒有關係,也跟物體的形狀沒有關係
    ,目前已經利用多種方法搜尋,但是結果都相當不確定,相比而言,中等質量黑洞似乎還是一個沙漠地帶,尋找中等質量黑洞,對理解黑洞形成和演化將起到至關的作用,希望不久的將來隨著更高靈敏度更大視場的望遠鏡,或者空間引力波計劃建成,中等質量黑洞的沙漠能變成「綠洲」。
  • 多大質量的恆星才能坍縮成65億倍太陽質量的M87*黑洞?
    那麼需要更久的時間,但問題是宇宙誕生才138.2億年,很明顯這個時間是不夠M87*黑洞成長的!那麼M87*黑洞來自哪裡?一、黑洞是怎麼來的?現代天文理論認為有兩種黑洞,一種是原初黑洞,一種是恆星型黑洞;只有這兩個途徑,沒有其它來源了!
  • 黑洞的形成,只是因為星球的引力坍縮嗎?
    在從印度出發的這次旅行途中,昌德拉塞卡完成了一項工作:質量多大的恆星能在全部燃料消耗殆盡後,仍然可以抗拒其自身引力而存在下來。他的思路是,隨著恆星變小,物質粒子彼此間會靠得非常近。但是,泡利不相容原理指出,兩個物質粒子不可能同時佔有相同的位置和相同的速度。據此,物質粒子的速度必定相差甚巨。這會使粒子互相遠離,於是促使恆星趨於膨脹。
  • 恆星能夠發光,但宇宙中最亮的光卻不是恆星發出的,而是黑洞
    在宇宙中,恆星是一種非常常見的天體,僅銀河系之中就有數千億顆恆星,而每一顆恆星都會給一定的區域帶來光與熱,太陽就是一個最好的例子,因為太陽的光和熱,地球才能夠如此生機盎然。宇宙中大部分的光亮都來自於恆星,但宇宙中已知的最亮的光卻並不是由恆星所發出的,而是來自一個黑洞,也就是已知宇宙中最大的黑洞TON618。黑洞是什麼?黑洞會發光嗎?它是怎麼來的?