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。
中子星依靠簡併中子壓來實現靜力學平衡。現在普遍認為,靜態中子星的質量上限是2.2倍的太陽質量。而轉動中子星的質量上限是2.9倍的太陽質量。超過這些極限,中子星將繼續坍縮成為黑洞。
牛頓的經典力學
牛頓在20多歲時觀察到了蘋果從樹枝上掉落在地上,由此他苦思冥想,終於發現並總結出萬有引力定律。牛頓認為,任何兩個有質量的物質之間都存在引力的作用,這個引力大小與它們質量的乘積成正比與它們距離的平方成反比。
用公式表達為F1=GM1M2/R^2,由此,我們可以計算一個中子星表面的引力大小為多少。假設一個中子星的質量為太陽的2倍,太陽的質量大概為1.9891×10^30千克,中子星的質量M1=2×1.9891×10^30kg=3.9782×10^30kg,中子星的半逕取15km。取一個1kg的物質,那麼約為這個物質在中子星表面所受引力約為F1=3.6×10^42N.與地球的表面的重力相比,差距很大,但是還沒到7000億倍。
掉向中子星的物質能超過光速嗎?
首先,用愛因斯坦的相對論來說,宇宙中沒有什麼物質的速度可以超過光速,所以無論中子星的引力如何巨大,都不可能使物質的速度可以超過光速。
但是殺雞焉用牛刀,這個問題用牛頓經典力學就可以完全解決!
宇宙是一個複雜的系統,在中子星的表面做自由落體首先要不考慮其他星球引力的影響,因為宇宙中存在很多雙星系統。
所以不考慮其他天體引力的情況下,用牛頓的經典力學來分析的話,全宇宙任何一個地方相對於該天體零初速度釋放一個有質量無動力的物體,讓其無阻力自由下落,它撞擊地面時的速度最快不會超過這顆星球的逃逸速度,原因就是最簡單的機械能守恆——逃逸速度是地面扔出逃逸至無窮遠,所以逆過程就是無窮遠撞地也只能達到逃逸速度。所以這裡不用考慮愛因斯坦的廣義相對論,用牛頓的理論就可以斷定中子星外圍僅靠自由落體就讓物體達到光速的。