中子星讓物體加速至光速嗎?其重力約是地球7000億倍

2020-12-05 奇點使者

引言:從上往下運動,事物運動位移越大,其運動速度也越大,若位移無限大、時間無限長,事物能超光速運動嗎?在地球上不可能,黑洞中可以一試。

生活中不知大家是否注意到一個現象:當物體從高處往下掉落時,它的速度會越來越快。為什麼事物在下降過程中不是做勻速運動?這與重力加速度有關,初高中物理課本中提到,地球重力加速度為g,其值為9.8m/s,可近似看作10m/s。另外,結合自由落體公式也可知道,在g一定的情況下,速度v與時間t成正比,速度的平方與位移y成正比。

既然事物下落時間越長、位移越大,其速度便越快,那麼若時間和位移都趨於無窮大,事物的運動速度是否能等於或者超過光速?根據地球情況來看,由於地球重力加速度不到10m/s,哪怕選擇位移差最大的區域,事物也無法被加速至光速,因為加速幅度實在太小了。

在地球內無法將事物加速至光速,那在其他星球上能否實現?遍觀宇宙星體,有科學家注意到了中子星。根據重力加速度公式g=GM/r^2可知,星球重力加速度與星球質量成正比,與事物距星球質心的距離成反比。所以,事物距質心越遠,其重力加速度越小,反之同理。

地球的半徑約是6371公裡,整體結構較為疏散,因此地球重力加速度對事物運動的影響較小。但中子星的情況與地球的截然不同,中子星結構緻密,半徑不超一百公裡,最多是十幾公裡,星球重力加速度對事物運動的影響很大。

中子星上重力加速度對事物運動的影響比地球上的大許多,若是讓一個物體在中子星上做自由落體運動,事物的運動速度有沒有可能達到光速?據科學家測算,當位移差為1米時,若事物以零初速度運動,它掉至地面前一瞬間的速度能達100萬千米/小時,加速效果比地球上的好得多。不過,遺憾的是,雖然事物能在中子星表面快速加速,但它的運動速度無法被提升至光速。

科學家表示,採用遞增法繁瑣而又麻煩,若想快速知曉答案,從逃逸角度思考即可。根據物理學定義,若事物運動速度能達星體逃逸速度,那麼事物能去到距星球無窮遠的區域。換言之,事物在星體內做自由落體運動,其所能擁有的最大速度即是逃逸速度。所以,要知道事物在中子星中能否被加速至於光速,只需計算中子星的逃逸速度。

結合公式及數據進行計算,科學家得到的結果為1.5*10^8m/s,此速度為50%光速,比光速慢得多。所以,在中子星內,不管將物體帶至多高位置,它進行自由落體運動時的速度都不會超出1.5*10^8m/s,也就是說,事物不可能等光速或者超光速運動。

這一結論具有普適性,不僅能應用於中子星,也能運用至其他星體。由此,有研究學者想到,事物之所以無法加速至光速,可能是因為中子星的引力不夠大,那若能找到更大引力天體,是否能使物體光速運動?

說到宇宙中具有更大引力的天體,很多人馬上想到了黑洞,它擁有令所有太空事物畏懼的超強引力。從逃逸速度的角度分析,黑洞的逃逸速度達到了光速。因此,從理論上來說,黑洞內部很可能存在超光速現象。不過,我們對黑洞了解甚少,即便它能助物體加速至光速,我們也不敢靠近它。從實踐角度來看,光速運動仍是奢望。你覺得呢?看到此,你有什麼看法?

相關焦點

  • 中子星的表面重力是地球的7000億倍,掉向它的物體能超過光速嗎?
    什麼是中子星?中子星是恆星在演變過程中的一個末期星體,恆星由重力坍縮後發生超新星爆發之後,但是質量沒有達到形成黑洞的情況下,會形成比黑洞密度小,比白矮星密度大的中子星。如果拿它與地球相比,那確實不是在一個數量級上。
  • 中子星表面的重力為地球7000億倍,掉向它的物體能超光速嗎?
    48到99倍了,如果按照地球的50倍質量來計算,那麼中子星的密度就是地球的130萬億倍了。10米/平方秒,這與光速相差太大,因此,我們不妨用中子星來討論這個問題,原因是中子星的重力非常的離譜。相關資料顯示,一顆標準中子星的表面重力是地球的7000億倍,其表面重力加速度可達到(7 x 10^12)米/平方秒。根據科學家的計算,一個距離中子星表面1米的、初速度為零的自由落體,在落地時的速度可達到每小時大約100萬公裡!
  • 中子星表面重力是地球的1000億倍,掉進去的物體能超過光速嗎?
    上圖是已經發現的中子星大小比例,左側數字代表的是太陽質量倍數,絕大多數中子星質量在太陽的1-2倍之間,那麼我們就以太陽的1.5倍計,中子星的半徑大約在10至20公裡之間,那麼我們取值15公裡左右,那麼重力加速度為:g=GM/R^2
  • 如果自由落體的距離無限,物體的速度有可能達到光速嗎?
    所以我們知道,在地球萬有引力的作用下,物體無論在哪種情況下都會受到重力作用。而當一個物體只受到重力作用時,我們把這種運動稱為自由落體運動。根據牛頓第二定律,物體的加速度等於它受到的力相加除於它的質量。因為自由落體的物體忽略空氣阻力的影響,它只受到一個重力作用。而物體的重力等於地球的萬有引力常數G稱上自身的質量。這樣一來,兩個公式中的質量被約去了。
  • 一個人落到中子星上會怎樣?
    在恆星的生命末期,根據其自身的質量,經過重力崩潰後會形成三種形態:白矮星、中子星以及黑洞,這是宇宙常見的三種極端天體,拋開黑洞這個「掛壁」不談,中子星才是基於人類當下認知的物理法則極限的天體。由於其物質存在基礎已經打破了物質的常規結構,中子星的密度極大,達到了每立方釐米一億噸甚至更高,以滿載排水量超過10萬噸、世界上噸位最大的尼米茲號航空母艦為例,中子星上每一立方釐米的物質就比這艘航母重數百上千倍。如果把地球的密度放大到中子星大小,那地球的直徑將只有22米。
  • 白矮星●中子星●夸克星●小黑洞
    其外殼蒸發剝離,核心遺骸變成中子星。中子星質量約為0.7~0.75個太陽質量。超新星爆炸氣浪產生碳氮氧(CNO),是地球碳基生命的源泉,事件發生在46億年前。而宇宙起源於138億年前。銀河系裡中子星的總數至少應該在20萬顆↑。中子星引力坍縮已經強大到:不僅壓垮了原子結構,甚至壓垮了原子核結構。並且把帶正電的質子和帶負電的電子,簡併壓縮成不帶電的中子。
  • 科學家稱中子星表面比鋼鐵堅硬100億倍(圖)
    據英國新科學家雜誌報導,科學家最新模擬實驗顯示,中子星表面比鋼鐵堅硬100億倍。最新科學家研究聲稱,中子星表面的強度是鋼鐵斷點的100億倍中子星是超大質量恆星爆炸形成超新星時殘留的內核,它是密度非常高的天體,相當於將太陽的質量裝入一個直徑僅有20千米的球體內,中子星能夠每秒旋轉數百次。由於超強的引力作用和旋轉速度,中子星可在時空中形成較大的「漣漪」,但如果其表面包含隆起或其他瑕疵,時空中出現的「漣漪」將出現不均勻性。
  • 為啥會有中子星,它有多可怕,指甲蓋大一塊按地球密度有多大?
    中子星密度為1~20億噸/cm^3,地球密度為5.5g/cm^3,中子星密度約地球密度的18.2萬億~364萬億倍,我們折中一下,中子星按中間密度10億噸/cm^3,這樣1立方釐米中子星就有182萬億立方釐米的體積,換算成立方米就是1.82億立方米。根據球體積公式V=(4/3)πr^3,可計算出1立方釐米的中子星物質變成地球物質,相當一個半徑351米的球體。
  • 1g的重力加速度持續加速,一年後就是光速,真的只是巧合嗎?
    看到有網友提出了一個問題,以1個g的加速度持續不斷的加速一年,剛好約等於光速!而且地球環繞太陽也是萬有引力的結果,似乎光速和引力之間存在某種特殊的聯繫,是不是發現了引力的秘密就能超越光速了?
  • 為什麼引力波會以光速傳播?
    當一顆巨大的行星穿過這個空間時,它會加速,這就意味著它必須釋放某種輻射來保存能量:引力波。但為什麼——作為一個將傾向於問——這些引力波以光速旅行嗎?為什麼重力的速度,你可以想像它可以取任何值,必須與光速完全相等?也許最重要的是,但我們怎麼知道?想像一下,如果突然使出終極宇宙魔法,讓太陽消失,會發生什麼。
  • 直徑只有24公裡,質量卻是地球的33萬倍,最大質量中子星
    天文學家發現了迄今為止最大質量的中子星,從理論上講,它幾乎大到無法存在。中子星是宇宙中最小的恆星,通常直徑約9公裡。它們是超新星的殘餘。但密度卻大得令人難以置信。此次探測到的中子星,距離地球4600光年,被稱為J0740 + 6620,它的質量是地球質量的333,000倍,是太陽質量的2.17倍。但這顆恆星直徑只有大約24公裡。
  • 吃一小勺中子星會怎樣?地球可能就這麼沒了
    目前,距離地球最近的一顆中子星在400光年外,其名為RX J1856.5-3754,這顆中子星於1992年被發現,在1996年被確認為中子星,它的直徑在10到30千米 之間,並以每小時39萬千米的速度在星際介質中飛行著,想要吃上一勺中子星,RX J1856.5-3754無疑是最好的選擇。
  • 中子星物質瞬間移動一點點到地球來是一個什麼樣的後果?
    中子星是大質量恆星死亡時發生超新星大爆炸後剩下的遺骸,其表面溫度達到億度以上,重力加速度達到9 * 10^11m/s,逃逸速度達到每秒15萬公裡,上面每立方釐米物質達到10~20億噸的重量。看清,是「億噸」,不是噸。
  • 以重力加速度數值加速,一年後就是光速,這是巧合嗎?
    實際上這是一個不算問題的問題,以9.8的重力加速度加速一年時間,最後的速度是每秒三十萬公裡多一點,雖然我們平時總說光速是每秒三十萬公裡,但實際上光速的精確值是比三十萬公裡小一點的,因此重力加速度與光速之間並沒有什麼巧合。
  • 中子星由中子組成,既然中子呈中性,為啥會有超強的磁場?
    最快的毫秒級脈衝星,如代號為J1739-285的中子星,自轉速度達到每秒1122轉;已知最高轉速的中子星PSR0535-69,轉速高達每秒1968轉。中子星剛形成時,溫度可達10^12K,就是萬億開爾文,而太陽表面溫度才6000K,中心溫度才1500萬K。中子星溫度比太陽溫度高出上億倍。
  • 直徑只有24公裡,質量卻是地球的33萬倍,迄今為止最大質量中子星
    天文學家發現了迄今為止最大質量的中子星,從理論上講,它幾乎大到無法存在。中子星是宇宙中最小的恆星,通常直徑約9公裡。
  • 如果中子星上一塊1立方釐米的物質放到地球上,會發生什麼情況?
    而當恆星質量達到太陽質量3.2倍的奧本海默極限時,連中子之間的簡併壓都不能抵擋重力作用時,就會發生無限坍縮形成黑洞。中子星的特點從中子星的上述形成過程,我們可以歸納出中子星所具有的一些主要特點:極大密度。
  • 中子星每秒轉速達到上千轉,速度超過光速了嗎?
    說中子星轉速超過光速的人是把中子星看得太大了。中子星其實是一顆很小的恆星屍骸,其轉速再快,也超不過光速。中子星一般半徑約10公裡,也就是20公裡左右的直徑,周長也就是60幾公裡,每秒鐘轉1000圈也就6萬多公裡,怎麼會超過光速呢?
  • 在最大中子星和最小黑洞之間存在質量間隙,天文學家發現神秘物體
    當質量最巨大的恆星死亡時,它們會在自身引力下坍塌並最終形成黑洞;當質量稍小的恆星死亡時,它們會以超新星的形式留下一顆緻密的恆星殘餘物,它就是中子星。最近幾十年來,天文學家已經知道,最大的中子星的質量不超過太陽質量的2.5倍,而已知質量最小的黑洞大約是5倍太陽質量。
  • 如果中子星碰撞變黑洞,地球讓黑洞吃了,人類會進入另一個空間?
    中子星和黑洞之別:眾所周知,宇宙中密度最大的物體是黑洞,任何進入到黑洞視界的物體都將難以逃脫,而中子星的密度次之,地球上任何物體的密度都遠不及中子星的密度之大。由於黑洞難以直接被觀測到,所以人類是在2019年才親眼目睹了首張「黑洞照片」,而這個黑洞的實際位置就處於M87星系的中心區域,質量更是高達太陽的65億倍左右。很多時候,科學家們都是通過黑洞的「吸積」過程會有輻射產生,從而將黑洞的位置和質量等信息估算出來。