黑洞引力那么大,可以把原子撕碎吗?

宇宙观察记录


黑洞的形成就是原子不断破碎的过程,在恒星的演化过程中,恒星的残骸不断的塌缩,对于黑洞来讲,即使是中子简并压力也无法阻止向内的引力,里面的基本粒子都会破碎成我们现代物理所无法想象的成分,最终坍缩成为一个奇点的黑洞。

对于恒星的演化过程,当恒星内部核聚变到了铁元素,其内部物质就无法继续进行热核反应了,恒星的演化命运走向完全取决于自身的质量,当小于1.44倍太阳质量时,电子的简并压力可以抵抗引力从而形成稳定的白矮星,这就是太阳的结局。

而恒星残骸在1.44 至3倍太阳质量时,电子简并压无法支撑引力,从而继续塌缩,电子与核内的质子结合形成中子,依靠中子间的简并压力来抵抗引力,从而形成中子星。

而当恒星残骸大于3倍太阳质量时,中子的简并压力也不能抵抗引力了,中子也会破碎,整个天体会进一步急剧的坍缩,形成体积无限小的奇点。黑洞其引力巨大,甚至连光都无法逃脱,被黑洞吞噬的物质也随之破碎。

目前对黑洞的了解还是很初步,还无法判断黑洞吞噬的物质和信息到底会不会消失,还有些人认为黑洞吞噬的物质还会从所谓白洞喷出,形成虫洞,这些白洞和虫洞当然还是无法验证的假想理论。

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量子实验室


宇宙间引力最大的天体类型就是黑洞了,它是唯一能让秒速30万公里的光都无法逃脱的事物,任何物质来到它的面前,都会瞬间被它秒成渣渣。



一滴水的体积和质量都很小,然而一滴水中却有1.6万亿亿个水分子,每个水分子又有一个氧原子和两个氢原子组成,所以原子的数量还要在这个数字上乘以3,也就是说可达4.8万亿亿个原子,可见每一个原子有多么的渺小。然而在白矮星上,这些原子间的空隙以及原子里面的空间将被严重压缩,电子几乎紧贴原子核流动,这滴水将小到只有用显微镜才能看到。



如果在中子星上,就连电子都会被压缩到质子里面,成为一个个紧密排列的中子,体积将被进一步缩小。


而如果是在夸克星上,那么就连中子都会被压碎,成为组成中子的夸克的状态,其体积当然会更小。

而如果是在黑洞中,那么连夸克也不能存在,就别提原子这样级别的物质了,肯定会被撕碎揉烂虐成渣渣,目前我们甚至无法猜测黑洞中的物质被撕碎压缩到了什么程度。



上面提到的几种大密度天体中,相比较而言,通俗的讲白矮星相当于是密集挤压的无数原子核,中子星则可以看作是一个巨大的原子核,只是这个原子核是个中子团而已,但是夸克星就更小了,我们可以把它认作是一个巨大的中子。那么黑洞呢?一般认为黑洞的物质都集中在理论上认为存在的奇点上,这个奇点的体积有多小呢?数学上认为体积为0,这无疑会让人无法相信,其实不但是我们普通人难以理解,很多科学家也难以相信,所以常常把黑洞的奇点解释为体积无限小而密度无限大,在这个小小的奇点上,我们通常所讲的基本粒子都将难以正常存在,那里的一切还都不为人知。


科普大世界



被撕碎的原子

别说黑洞这一级别的天体,即使中子星就已经把原子撕碎了――把核外电子强拆硬塞给原子核中的质子,把质子变成中子。原子核中由于中子的增多,核结构变得松散,中子开始从原子核中分离出来,变为自由中子。密度可达10的11次方千克/立方厘米。在黑洞和中子星之间有可能还有一种天体――夸克星。



这是理论上预测的天体,由奇异物质组成。这个奇异物质,有人理解为奇夸克,有人理解为具有负质量和引力负压的物质,比如说H双重子。反正不管怎么说,原子被撕碎了,撕成了质子中子的组成成份。

比夸克星引力还大的就是黑洞了,有人说黑洞实际上就是夸克星,或者说是超夸克星。这样理解是不精确的,好多人对黑洞有误解,认为黑洞里的物质无限向中心坍缩,实际上黑洞的定义是其视界内部的逃逸速度大于光速的天体。而夸克星的定义是天体内部物质的压力通过夸克简并压力实现平衡。它们是从不同角度定义的。比如说咱们的地球如果被压缩为一个不到5毫米的圆球(当然这是不可能的),



它就变成了一个黑洞,因为它的逃逸速度大于光速了。如果这个小球内部有某种压力,比如说超夸克简并压力,与自身引力达到平衡,那这个小球就是超夸克星,同时也是一颗黑洞。它们并不矛盾,它们的定义不同,可以指同一天体,预测夸克星的存在并不代表黑洞不存在。实际上黑洞现在已基本确定是存在的,而夸克星并没有确认。

好了,把话题拉回来,如上所述,黑洞最起码是超过夸克简并压和引力平衡的天体。别说把原子,把基本粒子――夸克都撕碎了,把信息都撕碎了。



黑洞撕碎原子

当然以上所说都是黑洞形成过程对自身物质的撕裂,那么对掉入黑洞的物质又是如何呢?是接着被黑洞撕裂呢?还是安然无羕?这个目前说法不一,不过对于传统的史瓦西黑洞,物体掉入肯定会被撕裂,宇航员不小心掉入会先被抻成意大利面条,瞧:


因为黑洞奇点还不像宇宙大爆炸的奇点是个数学上存在的点,黑洞和宇宙大爆炸应该说还是两回事,因为没有哪一个黑洞会爆炸。黑洞的奇点应该是有物理上的存在,因此它强大的引力确实会把掉入其中的物质撕碎。而对于克尔黑洞这类黑洞,有人说人不小心掉进去不一定死亡,也许可以利用它的静界与视界之间的能层死里逃生,因为这个能层与白洞相连,从这个意义上说,黑洞什么也不会撕裂。


物原爱牛毛1


黑洞实际上是撕碎了一切才形成的,包括空间本身。所以撕碎原子对黑洞来说只是其前世的一重肉身的蜕变而已。

要形成黑洞,不是一般的恒星有资格的(不够格的就包括我们的太阳)——必须要是大型的恒星,质量至少要超过太阳的1.5倍(即钱德拉卡赛极限)。但超过太阳质量1.5倍,也只是入门条件,如果质量不够大,恒星也有可能只会变成中子星,而无法变成黑洞。

黑洞的形成过程

大型恒星在生命末期,其内部维持核聚变的氢燃料开始匮乏,其巨大的质量形成的引力在与核聚变释放的巨大能量的对抗中,逐渐取得上风。随着这个过程,那些进行核聚变的轻元素(包括氢、氦等等)会被慢慢挤到表层(因为它们的密度比较低,会浮到表层)——核反应也随之移到表层。这种变换造成了一种新的情况,那就是恒星表层大气的迅速扩张。超红巨星形成了。

因为大型恒星的质量太大,其引力形成的压力是极强的,其内核变得越来越致密,最终在一个节点上,其外壳突然与内核脱离、爆发形成超新星事件,而其内核物质的电子简并力(电子没办法压缩到一起)在强大的引力压力下无法支撑,电子崩塌或逃逸,迫使原子核相互靠拢,并进一步塌缩。但是引力仍然势如破竹没有任何由内向外的力量与之抗衡,原子核靠紧后,质子被迫转变成中子,最后如果中子的简并力也无法支撑引力,中子继续破碎向内塌缩成夸克核或者更进一小步——黑洞就形成了!

不仅是核子的破碎

巨大的引力造成的结果不仅仅是原子核和中子的破碎和塌缩。根据爱因斯坦的广义相对论,引力就是时空的几何。巨大的引力实际上对时空几何造成的扭曲也是极限性的。

在我们的宇宙中任何地方都充满着暗能量,实际上这些暗能量是宇宙扩张造成的时空的微小缝隙,表现为凭空产生的真空量子涨落能量(真空能)。从某种意义上来说,暗能量就是一个个微型的黑洞。黑洞越小存在的时间就越短,微型黑洞就是在普朗克时间上下存在的普朗克尺度左右的黑洞——这些黑洞可以形象的比喻是宇宙这张大布料上面的空隙,随着布料不断被拉伸空隙随机的展现。

但是个人认为,大型的黑洞就好像是这块布料上的一个大破洞(目前对黑洞的本质还没有结论,我们姑且这样形象的比喻吧),是引力扭曲时空到极限时形成的稳定结构(类比用手用力撕一块布料到极限时的情况😂——是一个无底洞还是一个破洞很难说)。

结论

所以黑洞的情况实在是太极端了,撕碎原子都是小case。或许我们应该说,引力只是表象,而不是原因,原因在于质量——质量是形成时空弯曲的根源(质量真是太扯了😂)。


小宇堂


答:理论上是可以的,别说黑洞,就是中子星也可以把物质的原子结构破坏。


黑洞是宇宙中引力最强的天体,大质量恒星在演化末期,经过超新星爆发后就有可能形成黑洞;现代天文学认为黑洞奇点是一个半径无限小,密度无穷大的点,其引力完全可以破坏原子结构。

宇宙中的极端天体排行——白矮星-中子星-夸克星-黑洞:

(1)在白矮星中,原子在万有引力作用下紧紧地挤到一起,密度高达每立方厘米0.1~10吨,由电子简并压力抵抗万有引力,使得原子不会继续塌缩;

(2)中子星,当白矮星的质量大于钱德拉塞卡极限(1.44倍太阳质量)时,原子结构将被彻底压碎,电子坠入原子核,与质子结合成中子,此时由中子简并压力抵抗着万有引力,白矮星塌缩成中子星,密度高达每立方厘米数亿吨;

(3)夸克星,理论预言中子星质量大于奥本海默极限(大约3倍太阳质量)时,中子结构也将被压碎,形成由夸克组成的天体;

(4)黑洞,如果夸克星的质量再大,将没有任何力量能阻挡万有引力的塌缩,天体瞬间塌缩成一个奇点,形成黑洞。

所以,以黑洞的引力,是可以把原子压碎的,至于压碎后的物质是什么,目前还没有理论能准确地进行描述,黑洞奇点是当前理论失效的地方。


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艾伯史密斯


谢谢 @悟空小秘书 信任邀答。

所谓“把原子撕碎”,就是黑洞的质量足够大,万有引力足够大,将核外电子压塌在原子核上,这是有可能的。

空说无凭,怎么计算呢?假设银河系中心的人马座A*就是黑洞,质量为400万个太阳,即:M=4e6×2e30=8e36kg。

假设有一试验物体质量m=1kg,黑洞引力场半径R=10000m。则此处引力为:F=GMm/R² =6.67e-11×8e36×1/1e8=5.3e8牛...(1)。

这个向内的引压力,能否将核外电子压塌呢?这取决于质子以光速自旋的引力势能梯度,即质子的反弹力:F=▽·Ep=mc²/r。

已知质子半径:r=0.15e-15m,质子质量:m=1.73e-27kg。则:F=1.73e-27×9e16/0.15e-15=1e6牛...(2)。

显然,(1)>(2),黑洞可以将原子撕碎,变成所谓的中子汤(neutronic soup)。

物理新视野,旨在建设性新思维,共同切磋物理/逻辑/双语的疑难问题。


物理新视野


撕碎这个词不太恰当,压碎比较合适。之所以形成黑洞,是因为物质本身已经没有了最基本的结构,所以霍金指出,任何掉落黑洞的物质都不将具有任何信息,而信息是建立在物质结构上的。

事实上,还不用到黑洞这种量级的引力和密度,原子就已经承受不了了,比如中子星。


中子星是宇宙中目前人类可观测的密度最高,引力最强的可见天体,它被认为是黑洞的前身。是某个大质量恒星死亡后塌缩为中子星仍然具备继续塌缩的条件,最后演化为黑洞的。

简单地说,当一颗恒星死亡后,最终会有三个结果,质量小的,会塌缩白矮星,白矮星的密度可达每立方厘米几十吨,这种密度就是原子级的密度,虽然密度也非常大,但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内,也就是原子仍然具有完整结构。


而大质量恒星死亡后,由于巨大的物质塌缩产生的压力是如此之大,原子的电子简并压也承受不起了,导致核外电子被压到原子核中,同质子中和为中子,使原子变得仅由中子组成,这个时候,原子已经不具备完整形态了,可以说它的密度是原子核级别的密度,其密度高达每立方厘米20亿吨,强大的引力已经可以扭曲光线了。


如果塌缩产生的压力连以中子形态都无法抗衡,那么可以这样说,黑洞就生成了,这个时候,物质究竟以何种密度存在是不得而知了,超出了人类认知范围。



所以别说黑洞,到达中子星级别的密度,原子就不存在原子结构了,可以说是被压碎的。


光年之外zyn


黑洞就像“多啦A梦”的“时间包袱”,使物质回到最初的样子。


黑洞其实就是“奇点”。是密度无限大,温度无限高,体积无限小,质量无限大的点。这与宇宙诞生之初的奇点极为相似,只是不是一个级别的。


在这种环境下组成常规物质的分子、原子甚至原子核都不存在。因为无限温度、无限压力、无限密度,粒子动能无限高,不会组成原子、分子以及原子核。它们会被撞散,就像核裂变一样。宇宙是在大爆炸后冷却时形成的。


所以探究黑洞其实可以是我们了解宇宙的起源,在黑洞中只存在最基本的粒子,也就是宇宙最初的样子。


ooO孙悟空Ooo


黑洞是宇宙中唯一能秒杀万物的天体,它无与伦比的强引力让即使是30km/s的光速也难逃魔掌,很有“神通广大的孙悟空也逃不出如来佛祖手掌心”的意味。一切物质包括原子都会在它的强引力下撕碎成非物理性质的东西,也就是化为“空无”。

原子很微小,50万个原子才能排列出一根头发丝大小。原子内部由质子,中子,电子构成,而质子和中子由夸克构成。目前的科学理论中夸克和电子不可再分,是现今物理学中最小的宇宙基本粒子。

起初,原子在黑洞很远距离时,就会被黑洞大潮汐力吸进它的巨大吸积盘;然后沿着螺旋状态下掉入黑洞撕裂成基本微粒子,最后在黑洞中心变得什么都不是的“虚无”;最后与黑洞之中的奇点融合为一体。

有的物理学家认为一部分粒子会被黑洞抛出喷射来。

黑洞是质量无限大,引力无限大,温度无限高,密度无限大,体积无限小(有科学家认为黑洞体积为0),当今物理学无法解释的天体。黑洞跟中子星形成过程类似,可能由比太阳☀大几倍,几十倍的恒星塌缩演化而来。


弄潮科学


黑洞已经没有原子、中子等人类目前所熟知的物质,由于黑洞的难以观测,目前只能捕捉到黑洞吞噬周围物质时释放的能量流,视界内无从得知。

中子星被认为是黑洞的前身之一,由于中子星强大的引力,电子都被压入质子成为中子,靠着中子简并压支撑着物质不进一步坍塌,因此中子星内部就已经没有了原子形态的物质。黑洞的引力要比中子星更强,由于密度非常的大,引起的时空弯曲异常显著,导致事件视界的出现,视界内的光也无法逃出,因此成为了观测黑洞的一个分界,视界内外或许有着天壤之别。

目前的观测只能集中于黑洞的视界外,视界是一个事件可以被观测的的分界,黑洞的质量或许就集中于中心体积非常小的一点,集中了几乎整个黑洞的质量,被称为奇点,奇点就是物质被极限压缩后的结果。那里是什么样,没人知道,即便是最前沿的物理学理论也无法解释,因为那里边的世界没发观测,而观测是人类理论进步的一大前提,相对论刚提出的时候也有争议,但随着后来的观测逐渐证实。

黑洞不断地吞噬物质,同时也会蒸发, 也会释放能量流,能量一定程度上可以转化为物质,但从黑洞喷出的能量流还无法看出黑洞内部是什么样。


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