黑洞引力那麼大,可以把原子撕碎嗎?

宇宙觀察記錄


黑洞的形成就是原子不斷破碎的過程,在恆星的演化過程中,恆星的殘骸不斷的塌縮,對於黑洞來講,即使是中子簡併壓力也無法阻止向內的引力,裡面的基本粒子都會破碎成我們現代物理所無法想象的成分,最終坍縮成為一個奇點的黑洞。

對於恆星的演化過程,當恆星內部核聚變到了鐵元素,其內部物質就無法繼續進行熱核反應了,恆星的演化命運走向完全取決於自身的質量,當小於1.44倍太陽質量時,電子的簡併壓力可以抵抗引力從而形成穩定的白矮星,這就是太陽的結局。

而恆星殘骸在1.44 至3倍太陽質量時,電子簡併壓無法支撐引力,從而繼續塌縮,電子與核內的質子結合形成中子,依靠中子間的簡併壓力來抵抗引力,從而形成中子星。

而當恆星殘骸大於3倍太陽質量時,中子的簡併壓力也不能抵抗引力了,中子也會破碎,整個天體會進一步急劇的坍縮,形成體積無限小的奇點。黑洞其引力巨大,甚至連光都無法逃脫,被黑洞吞噬的物質也隨之破碎。

目前對黑洞的瞭解還是很初步,還無法判斷黑洞吞噬的物質和信息到底會不會消失,還有些人認為黑洞吞噬的物質還會從所謂白洞噴出,形成蟲洞,這些白洞和蟲洞當然還是無法驗證的假想理論。

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量子實驗室


宇宙間引力最大的天體類型就是黑洞了,它是唯一能讓秒速30萬公里的光都無法逃脫的事物,任何物質來到它的面前,都會瞬間被它秒成渣渣。



一滴水的體積和質量都很小,然而一滴水中卻有1.6萬億億個水分子,每個水分子又有一個氧原子和兩個氫原子組成,所以原子的數量還要在這個數字上乘以3,也就是說可達4.8萬億億個原子,可見每一個原子有多麼的渺小。然而在白矮星上,這些原子間的空隙以及原子裡面的空間將被嚴重壓縮,電子幾乎緊貼原子核流動,這滴水將小到只有用顯微鏡才能看到。



如果在中子星上,就連電子都會被壓縮到質子裡面,成為一個個緊密排列的中子,體積將被進一步縮小。


而如果是在夸克星上,那麼就連中子都會被壓碎,成為組成中子的夸克的狀態,其體積當然會更小。

而如果是在黑洞中,那麼連夸克也不能存在,就別提原子這樣級別的物質了,肯定會被撕碎揉爛虐成渣渣,目前我們甚至無法猜測黑洞中的物質被撕碎壓縮到了什麼程度。



上面提到的幾種大密度天體中,相比較而言,通俗的講白矮星相當於是密集擠壓的無數原子核,中子星則可以看作是一個巨大的原子核,只是這個原子核是箇中子團而已,但是夸克星就更小了,我們可以把它認作是一個巨大的中子。那麼黑洞呢?一般認為黑洞的物質都集中在理論上認為存在的奇點上,這個奇點的體積有多小呢?數學上認為體積為0,這無疑會讓人無法相信,其實不但是我們普通人難以理解,很多科學家也難以相信,所以常常把黑洞的奇點解釋為體積無限小而密度無限大,在這個小小的奇點上,我們通常所講的基本粒子都將難以正常存在,那裡的一切還都不為人知。


科普大世界



被撕碎的原子

別說黑洞這一級別的天體,即使中子星就已經把原子撕碎了――把核外電子強拆硬塞給原子核中的質子,把質子變成中子。原子核中由於中子的增多,核結構變得鬆散,中子開始從原子核中分離出來,變為自由中子。密度可達10的11次方千克/立方厘米。在黑洞和中子星之間有可能還有一種天體――夸克星。



這是理論上預測的天體,由奇異物質組成。這個奇異物質,有人理解為奇夸克,有人理解為具有負質量和引力負壓的物質,比如說H雙重子。反正不管怎麼說,原子被撕碎了,撕成了質子中子的組成成份。

比夸克星引力還大的就是黑洞了,有人說黑洞實際上就是夸克星,或者說是超夸克星。這樣理解是不精確的,好多人對黑洞有誤解,認為黑洞裡的物質無限向中心坍縮,實際上黑洞的定義是其視界內部的逃逸速度大於光速的天體。而夸克星的定義是天體內部物質的壓力通過夸克簡併壓力實現平衡。它們是從不同角度定義的。比如說咱們的地球如果被壓縮為一個不到5毫米的圓球(當然這是不可能的),



它就變成了一個黑洞,因為它的逃逸速度大於光速了。如果這個小球內部有某種壓力,比如說超夸克簡併壓力,與自身引力達到平衡,那這個小球就是超夸克星,同時也是一顆黑洞。它們並不矛盾,它們的定義不同,可以指同一天體,預測夸克星的存在並不代表黑洞不存在。實際上黑洞現在已基本確定是存在的,而夸克星並沒有確認。

好了,把話題拉回來,如上所述,黑洞最起碼是超過夸克簡併壓和引力平衡的天體。別說把原子,把基本粒子――夸克都撕碎了,把信息都撕碎了。



黑洞撕碎原子

當然以上所說都是黑洞形成過程對自身物質的撕裂,那麼對掉入黑洞的物質又是如何呢?是接著被黑洞撕裂呢?還是安然無羕?這個目前說法不一,不過對於傳統的史瓦西黑洞,物體掉入肯定會被撕裂,宇航員不小心掉入會先被抻成意大利麵條,瞧:


因為黑洞奇點還不像宇宙大爆炸的奇點是個數學上存在的點,黑洞和宇宙大爆炸應該說還是兩回事,因為沒有哪一個黑洞會爆炸。黑洞的奇點應該是有物理上的存在,因此它強大的引力確實會把掉入其中的物質撕碎。而對於克爾黑洞這類黑洞,有人說人不小心掉進去不一定死亡,也許可以利用它的靜界與視界之間的能層死裡逃生,因為這個能層與白洞相連,從這個意義上說,黑洞什麼也不會撕裂。


物原愛牛毛1


黑洞實際上是撕碎了一切才形成的,包括空間本身。所以撕碎原子對黑洞來說只是其前世的一重肉身的蛻變而已。

要形成黑洞,不是一般的恆星有資格的(不夠格的就包括我們的太陽)——必須要是大型的恆星,質量至少要超過太陽的1.5倍(即錢德拉卡賽極限)。但超過太陽質量1.5倍,也只是入門條件,如果質量不夠大,恆星也有可能只會變成中子星,而無法變成黑洞。

黑洞的形成過程

大型恆星在生命末期,其內部維持核聚變的氫燃料開始匱乏,其巨大的質量形成的引力在與核聚變釋放的巨大能量的對抗中,逐漸取得上風。隨著這個過程,那些進行核聚變的輕元素(包括氫、氦等等)會被慢慢擠到表層(因為它們的密度比較低,會浮到表層)——核反應也隨之移到表層。這種變換造成了一種新的情況,那就是恆星表層大氣的迅速擴張。超紅巨星形成了。

因為大型恆星的質量太大,其引力形成的壓力是極強的,其內核變得越來越緻密,最終在一個節點上,其外殼突然與內核脫離、爆發形成超新星事件,而其內核物質的電子簡併力(電子沒辦法壓縮到一起)在強大的引力壓力下無法支撐,電子崩塌或逃逸,迫使原子核相互靠攏,並進一步塌縮。但是引力仍然勢如破竹沒有任何由內向外的力量與之抗衡,原子核靠緊後,質子被迫轉變成中子,最後如果中子的簡併力也無法支撐引力,中子繼續破碎向內塌縮成夸克核或者更進一小步——黑洞就形成了!

不僅是核子的破碎

巨大的引力造成的結果不僅僅是原子核和中子的破碎和塌縮。根據愛因斯坦的廣義相對論,引力就是時空的幾何。巨大的引力實際上對時空幾何造成的扭曲也是極限性的。

在我們的宇宙中任何地方都充滿著暗能量,實際上這些暗能量是宇宙擴張造成的時空的微小縫隙,表現為憑空產生的真空量子漲落能量(真空能)。從某種意義上來說,暗能量就是一個個微型的黑洞。黑洞越小存在的時間就越短,微型黑洞就是在普朗克時間上下存在的普朗克尺度左右的黑洞——這些黑洞可以形象的比喻是宇宙這張大布料上面的空隙,隨著布料不斷被拉伸空隙隨機的展現。

但是個人認為,大型的黑洞就好像是這塊布料上的一個大破洞(目前對黑洞的本質還沒有結論,我們姑且這樣形象的比喻吧),是引力扭曲時空到極限時形成的穩定結構(類比用手用力撕一塊布料到極限時的情況😂——是一個無底洞還是一個破洞很難說)。

結論

所以黑洞的情況實在是太極端了,撕碎原子都是小case。或許我們應該說,引力只是表象,而不是原因,原因在於質量——質量是形成時空彎曲的根源(質量真是太扯了😂)。


小宇堂


答:理論上是可以的,別說黑洞,就是中子星也可以把物質的原子結構破壞。


黑洞是宇宙中引力最強的天體,大質量恆星在演化末期,經過超新星爆發後就有可能形成黑洞;現代天文學認為黑洞奇點是一個半徑無限小,密度無窮大的點,其引力完全可以破壞原子結構。

宇宙中的極端天體排行——白矮星-中子星-夸克星-黑洞:

(1)在白矮星中,原子在萬有引力作用下緊緊地擠到一起,密度高達每立方厘米0.1~10噸,由電子簡併壓力抵抗萬有引力,使得原子不會繼續塌縮;

(2)中子星,當白矮星的質量大於錢德拉塞卡極限(1.44倍太陽質量)時,原子結構將被徹底壓碎,電子墜入原子核,與質子結合成中子,此時由中子簡併壓力抵抗著萬有引力,白矮星塌縮成中子星,密度高達每立方厘米數億噸;

(3)夸克星,理論預言中子星質量大於奧本海默極限(大約3倍太陽質量)時,中子結構也將被壓碎,形成由夸克組成的天體;

(4)黑洞,如果夸克星的質量再大,將沒有任何力量能阻擋萬有引力的塌縮,天體瞬間塌縮成一個奇點,形成黑洞。

所以,以黑洞的引力,是可以把原子壓碎的,至於壓碎後的物質是什麼,目前還沒有理論能準確地進行描述,黑洞奇點是當前理論失效的地方。


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艾伯史密斯


謝謝 @悟空小秘書 信任邀答。

所謂“把原子撕碎”,就是黑洞的質量足夠大,萬有引力足夠大,將核外電子壓塌在原子核上,這是有可能的。

空說無憑,怎麼計算呢?假設銀河系中心的人馬座A*就是黑洞,質量為400萬個太陽,即:M=4e6×2e30=8e36kg。

假設有一試驗物體質量m=1kg,黑洞引力場半徑R=10000m。則此處引力為:F=GMm/R² =6.67e-11×8e36×1/1e8=5.3e8牛...(1)。

這個向內的引壓力,能否將核外電子壓塌呢?這取決於質子以光速自旋的引力勢能梯度,即質子的反彈力:F=▽·Ep=mc²/r。

已知質子半徑:r=0.15e-15m,質子質量:m=1.73e-27kg。則:F=1.73e-27×9e16/0.15e-15=1e6牛...(2)。

顯然,(1)>(2),黑洞可以將原子撕碎,變成所謂的中子湯(neutronic soup)。

物理新視野,旨在建設性新思維,共同切磋物理/邏輯/雙語的疑難問題。


物理新視野


撕碎這個詞不太恰當,壓碎比較合適。之所以形成黑洞,是因為物質本身已經沒有了最基本的結構,所以霍金指出,任何掉落黑洞的物質都不將具有任何信息,而信息是建立在物質結構上的。

事實上,還不用到黑洞這種量級的引力和密度,原子就已經承受不了了,比如中子星。


中子星是宇宙中目前人類可觀測的密度最高,引力最強的可見天體,它被認為是黑洞的前身。是某個大質量恆星死亡後塌縮為中子星仍然具備繼續塌縮的條件,最後演化為黑洞的。

簡單地說,當一顆恆星死亡後,最終會有三個結果,質量小的,會塌縮白矮星,白矮星的密度可達每立方厘米幾十噸,這種密度就是原子級的密度,雖然密度也非常大,但還在正常物質結構能達到的最大密度範圍內,也就是原子仍然具有完整結構。


而大質量恆星死亡後,由於巨大的物質塌縮產生的壓力是如此之大,原子的電子簡併壓也承受不起了,導致核外電子被壓到原子核中,同質子中和為中子,使原子變得僅由中子組成,這個時候,原子已經不具備完整形態了,可以說它的密度是原子核級別的密度,其密度高達每立方厘米20億噸,強大的引力已經可以扭曲光線了。


如果塌縮產生的壓力連以中子形態都無法抗衡,那麼可以這樣說,黑洞就生成了,這個時候,物質究竟以何種密度存在是不得而知了,超出了人類認知範圍。



所以別說黑洞,到達中子星級別的密度,原子就不存在原子結構了,可以說是被壓碎的。


光年之外zyn


黑洞就像“多啦A夢”的“時間包袱”,使物質回到最初的樣子。


黑洞其實就是“奇點”。是密度無限大,溫度無限高,體積無限小,質量無限大的點。這與宇宙誕生之初的奇點極為相似,只是不是一個級別的。


在這種環境下組成常規物質的分子、原子甚至原子核都不存在。因為無限溫度、無限壓力、無限密度,粒子動能無限高,不會組成原子、分子以及原子核。它們會被撞散,就像核裂變一樣。宇宙是在大爆炸後冷卻時形成的。


所以探究黑洞其實可以是我們瞭解宇宙的起源,在黑洞中只存在最基本的粒子,也就是宇宙最初的樣子。


ooO孫悟空Ooo


黑洞是宇宙中唯一能秒殺萬物的天體,它無與倫比的強引力讓即使是30km/s的光速也難逃魔掌,很有“神通廣大的孫悟空也逃不出如來佛祖手掌心”的意味。一切物質包括原子都會在它的強引力下撕碎成非物理性質的東西,也就是化為“空無”。

原子很微小,50萬個原子才能排列出一根頭髮絲大小。原子內部由質子,中子,電子構成,而質子和中子由夸克構成。目前的科學理論中夸克和電子不可再分,是現今物理學中最小的宇宙基本粒子。

起初,原子在黑洞很遠距離時,就會被黑洞大潮汐力吸進它的巨大吸積盤;然後沿著螺旋狀態下掉入黑洞撕裂成基本微粒子,最後在黑洞中心變得什麼都不是的“虛無”;最後與黑洞之中的奇點融合為一體。

有的物理學家認為一部分粒子會被黑洞拋出噴射來。

黑洞是質量無限大,引力無限大,溫度無限高,密度無限大,體積無限小(有科學家認為黑洞體積為0),當今物理學無法解釋的天體。黑洞跟中子星形成過程類似,可能由比太陽☀大幾倍,幾十倍的恆星塌縮演化而來。


弄潮科學


黑洞已經沒有原子、中子等人類目前所熟知的物質,由於黑洞的難以觀測,目前只能捕捉到黑洞吞噬周圍物質時釋放的能量流,視界內無從得知。

中子星被認為是黑洞的前身之一,由於中子星強大的引力,電子都被壓入質子成為中子,靠著中子簡併壓支撐著物質不進一步坍塌,因此中子星內部就已經沒有了原子形態的物質。黑洞的引力要比中子星更強,由於密度非常的大,引起的時空彎曲異常顯著,導致事件視界的出現,視界內的光也無法逃出,因此成為了觀測黑洞的一個分界,視界內外或許有著天壤之別。

目前的觀測只能集中於黑洞的視界外,視界是一個事件可以被觀測的的分界,黑洞的質量或許就集中於中心體積非常小的一點,集中了幾乎整個黑洞的質量,被稱為奇點,奇點就是物質被極限壓縮後的結果。那裡是什麼樣,沒人知道,即便是最前沿的物理學理論也無法解釋,因為那裡邊的世界沒發觀測,而觀測是人類理論進步的一大前提,相對論剛提出的時候也有爭議,但隨著後來的觀測逐漸證實。

黑洞不斷地吞噬物質,同時也會蒸發, 也會釋放能量流,能量一定程度上可以轉化為物質,但從黑洞噴出的能量流還無法看出黑洞內部是什麼樣。


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