黑洞有史瓦西半徑,基本粒子呢?

2020-12-03 刁博

牛頓之後的拉普拉斯曾用萬有引力計算過一種情況,當一個星球的逃逸速度達到了光速,這顆星球就會是漆黑一片。通過計算顯示,只要星球的半徑小於GM/c,星球就成了一顆「黑星」。到了1916年,史瓦西給出了廣義相對論球對稱引力場的嚴格解,由此給出了史瓦西半徑的概念。在到一緻密天體的距離小於史瓦西半徑的位置,任何物質或能量都不能逃出史瓦西半徑的界限。這樣的緻密天體就是黑洞。巧合的是,史瓦西給出的史瓦西半徑和拉普拉斯給出的「黑星」半徑極限是一樣的。

有了史瓦西半徑的公式,就可以代入各星球的質量,求出星球的史瓦西半徑。比如太陽的史瓦西半徑約為2989米,把太陽壓縮到半徑不到2989米的球內,太陽就變成了一顆黑洞。地球的史瓦西半徑大約只有9毫米,把整個地球壓縮到半徑不足9毫米的球內,地球也會成為一顆黑洞。

如果把一個粒子的質量代入史瓦西半徑的表達式,計算出來的是粒子的史瓦西半徑嗎?電子的質量約為9.1乘以十的負31次方千克,代入史瓦西半徑的表達式可得電子的史瓦西半徑比普朗克長度還要小20多個數量級。在那樣小的尺度之下,人類的物理學已經不再適用。

歐洲的大型強子對撞機曾被一些人認為有望製造出黑洞。之所以會有這樣的想法,是因為對撞機可以給質子提供很高的能量,根據愛因斯坦的質能方程,能量和質量是等價的。對撞機內質子的質量可以被加速到原質量的1000倍以上,能量更高的質子對撞機還可以繼續提高質子的質量。兩個能量很高的質子和反質子若是迎頭相撞,就可以將很高的能量集中在很小的區域內。如果能量足夠高,一枚迷你黑洞就誕生了。

至於需要多高的能量才能在對撞機內製造出黑洞,目前沒有人能夠給出確切的答案。有理論認為在更小的尺度上萬有引力會增加得更快一些,這樣人類已經可以用對撞機製造出黑洞。只是這樣的黑洞質量實在是太小了,以至於它的壽命極短,短到人類的儀器還沒有探測到它,它就由於霍金輻射而煙消玉隕。

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  • 太陽、地球能形成黑洞嗎?
    要先解決這兩個問題,我們先看一下黑洞到底是一個什麼樣的天體,形成黑洞的前提是什麼。什麼是黑洞黑洞,顧名思義就是黑。它在物理學中的定義是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體(天體指的是宇宙中的所有個體)。
  • 一個1立方釐米大小的黑洞接近地球會怎樣?
    問題的表述不夠詳細,以什麼樣的速度接近呢?有多接近呢?根據計算,一個1立方釐米的黑洞的半徑大約是0.62釐米。>球體積換算半徑我們取整0.6釐米吧,根據資料地球質量的史瓦西半徑大約是0.9釐米,也就是說,這個黑洞的半徑是地球的三分之二
  • 建立在「史瓦西半徑」下的「黑洞」真的存在嗎
    眾所周知,現在的「黑洞」是指「史瓦西半徑」下的「黑洞」。它與「宇宙大爆炸」、「奇點」等是建立在「史瓦西半徑」理論的基礎上,歷來,雖有人對上述的各種物理解釋存在懷疑,但對「史瓦西半徑」卻一直深信疑。然而,「史瓦西半徑」確定、一定以及肯定真實存在嗎?萬一「史瓦西半徑」不存在呢?
  • 我們可以利用黑洞中的能量嗎?
    廣義相對論的一個傑出預言是,旋轉的黑洞有大量可利用的能量。在過去的50年中,科學家們試圖探索出釋放這種力量的方法。諾貝爾物理學家羅傑·彭羅斯提出了一種理論,即粒子崩解可能會從黑洞中吸收能量。史蒂芬·霍金提出黑洞可以通過量子機械發射來釋放能量。羅傑·布蘭福德(Roger Blandford)和羅曼·扎納克(Roman Znajek)建議將電磁轉矩作為能量提取的主要手段。
  • 霍金研究的黑洞究竟是什麼?若進入黑洞,會看到什麼奇妙的景象
    眾所周知,對於黑洞,霍金花了一生的時間去研究,那麼,黑洞到底是什麼呢?我們要一起來探討下。黑洞的最先提出者是愛因斯坦,愛因斯坦在他的廣義相對論裡提出了引力場的方程。廣義相對論是我們研究宇宙的一個很有力的工具。之後有個德國天文學家史瓦西,他通過求解愛因斯坦廣義相對論裡的引力場的方程,得到了一個解。
  • 宇宙中最神秘的天體,黑洞的分類和形成
    一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比。    通俗來講,物體密度越高,表面引力越強,到達一個半徑後光都逃不出去,這就是史瓦西半徑,它是黑洞事件視界。    如此類推,按照元素周期表的順序,會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成,直至鐵元素生成,該恆星便會坍塌。
  • 構想:從霍金輻射來看,黑洞能夠被消滅的理論可行性
    根據愛因斯坦經典引力理論,黑洞是具有極強引力場的一個時空區域,任何東西都無法逃脫(甚至包括光)。因此,黑洞只能吸收物質。這種特性的一個結果是黑洞的大小其實從未縮小過,那麼是否符合能量守恆呢?當考慮到量子效應時,會發現這種情況也會發生巨大的變化。
  • 深度︱黑洞是宇宙的掠奪者還是清道夫?科學家:黑洞也會爆炸
    到這時,恆星就變成了黑洞。說它「黑」,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質一旦掉進去都無法逃脫。但實際上,黑洞是「隱形」存在的。註:史瓦西半徑是任何具有質量的物質都存在的一個臨界半徑特徵值。在物理學和天文學中,尤其在萬有引力理論、廣義相對論中它是一個非常重要的概念。 一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比。
  • 一個奇特的猜想:黑洞可能本來就是一種巨大的基本粒子?
    我們在天地間看到的一切事物似乎都是由電子和夸克組合而成的,沒有實驗證據說明它們是由更小的東西構成,這就是「基本粒子」的概念。隨著粒子物理學的發展,被發現的基本粒子的種類越來越多,如中微子、μ子、τ子等等,但到目前為止它們都有一個基本的特徵,那就是不可再分。簡單說完基本粒子的概念,再簡單說說黑洞。
  • 如果有一立方釐米的黑洞靠近地球,看看會發生什麼?
    那麼這樣一個黑洞質量有多大呢?這就要根據史瓦西半徑公式來計算了。史瓦西半徑計算公式為:R=2GM/c^2。這裡R為史瓦西半徑值,G為引力常量,M為天體質量,c為光速。代入0.62cm史瓦西半徑計算,這個黑洞質量約為4.18x10^24kg,約地球質量的70%,約相當火星質量6倍,比金星質量略小一些。
  • 如果有一個一立方釐米的黑洞靠近地球,會發生什麼?
    這裡說1立方釐米只能理解為黑洞的史瓦西半徑球形體積,根據球體積公式V=4/3πr^3計算,1cm^3體積的黑洞,史瓦西半徑約為0.62cm,我們地球的史瓦西半徑約9毫米,因此這個黑洞比地球質量要小。那麼這樣一個黑洞質量有多大呢?這就要根據史瓦西半徑公式來計算了。史瓦西半徑計算公式為:R=2GM/c^2。這裡R為史瓦西半徑值,G為引力常量,M為天體質量,c為光速。
  • 老婆餅裡沒有老婆,黑洞它也不是洞!
    當恆星的半徑一旦收縮到史瓦西半徑,即使光線也無法從中逃逸,黑洞就此誕生。史瓦西半徑是任何具有質量的物質都存在的一個臨界半徑特徵值。在物理學和天文學中,尤其在萬有引力理論、廣義相對論中它是一個非常重要的概念。 一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比。以地球為例:要把直徑12742公裡的地球壓縮成黑洞,就得把地球壓縮到只有9毫米。
  • 最新理論,組成黑洞的物質是最基本粒子嗎?以及計算黑洞能量極限
    如果組成黑洞的物質是宇宙中最基本的粒子,那麼由黑洞散發出來的立場將不會存在能量粒子,因為最為微小的能量粒子的核心同樣也是宇宙間的最基本粒子只不過攜帶的能量有些多而已,在能量粒子被由宇宙最基本粒子組成的黑洞吞噬之後能量粒子攜帶的能量將會被完全剝奪掉,也就不會有能量粒子被黑洞發射出去,
  • 什麼,黑洞中存在生命?別急,我們的宇宙可能就是一個黑洞!
    黑洞中的生命黑洞,宇宙最具破壞性的力量,似乎能摧毀任何靠近它的物質,連光都無法逃離它,這種極端的天體怎麼會有科學家認為裡面可能存在生命呢俄羅斯宇宙學家維切列夫·道庫恰耶夫卻認為黑洞雖然可怕,但它內部卻適合生命存在,甚至我們無法探測到外星生命是因為這些超級文明躲在黑洞中。道庫恰耶夫提出的模型認為,在一個帶電旋轉的超大質量黑洞內部,某些區域存在適合光子存在的穩定軌道,那麼將有可能存在行星的穩定運行軌道。
  • 黑洞真的存在嗎,是不是一些人隨意猜測,其實就是一個通道?
    有圖有真相如下:黑洞是一個科學事物,不是憑空想像胡亂推測的。相反倒是這位題主大神在那裡憑空想像,完全憑著吃喝拉撒的生活邏輯來異想天開。現在科學家們對黑洞的探測和描述都是有嚴密的理論依據的,這些理論經歷了100多年的豐富、發展和檢驗。
  • 如果一個一立方釐米的黑洞接近地球,會發生什麼?
    其實從嚴格意義上來講的話,一立方釐米這樣小的黑洞是不可能存在的,當然如果你執意要假設這樣一個黑洞的存在,那麼很有可能發生的情況就是地球被吞噬。事實上,無論黑洞的體積有多大,只要它能接近地球,它就可以將地球吞噬,黑洞吞噬物體不是看物體的個頭有多大,只要是體積不比它大的黑洞,它都可以照吃不誤,地球可以被它吞掉,就連是太陽系都可以被吞噬。一立方釐米的黑洞,其史瓦西半徑只有0.6cm,而如果把地球這麼大質量的一個物體縮成黑洞的話,那麼它的史瓦西半徑只有不過0.9cm。
  • 假如你掉進黑洞,會發生什麼?你會被分解成基本粒子
    1916年,德國天文學家卡爾通過一系列複雜的計算,得出了「黑洞」這一神秘天體。2019年第一張黑洞被天文學家捕捉到,並且對外公布了照片,人類才得以窺其真容,也在世界範圍內掀起了一場有關黑洞的大討論。其中就有一個有趣的問題,如果人掉進了黑洞,他會怎麼樣呢?要說這個就要先說黑洞的來歷,黑洞的前身是恆星,準確地說是一顆死亡的恆星。
  • 掉進黑洞一定會死嗎,為啥《星際穿越》裡的人能在黑洞中存活?
    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。