黑洞引力連光都能吸收,求問多大的引力才能束縛光,有相關公式嗎?

晴佛


理論上,只要經過一定程度的壓縮,任何物體都可以變成黑洞。黑洞最初是廣義相對論的預言,但通過經典物理學,可以推導出物體被壓縮到何種程度時就能變成黑洞。

黑洞之所以不發光,是因為黑洞的強大引力會把光束縛住(或者說光在黑洞的極端彎曲空間中無法逃脫出來),使得這種特殊天體的表面逃逸速度剛好就是光速。

假設一個天體的質量為M,半徑為r,離天體無窮遠之處的引力勢能為0,那麼,一個質量為m的物體在天體表面的引力勢能為-GMm/r。當物體的速度達到逃逸速度v時,物體可以在無動力的情況下襬脫天體的引力束縛逃脫到無窮遠的地方,物體的動能全部用於克服重力做功,由此可得下式:

如果把天體換成黑洞,表面逃逸速度換成光速c,這樣就能得到黑洞的半徑公式:

由於萬有引力常數G和光速c都是恆定的常數,所以黑洞的半徑只與質量有關,兩者成正比關係。

早在愛因斯坦提出廣義相對論一百多年前,英國自然哲學家米歇爾就已經提出“暗星”的概念,認為一種特天體的引力可以束縛住光。他通過計算發現,一個質量相當於太陽的暗星,它的半徑只有2.95公里。

後來,德國天體物理學家史瓦西在限定條件下解出了愛因斯坦的引力場方程,從而對黑洞有了正確的描述。根據史瓦西度規推導出的黑洞半徑公式與牛頓力學的結果相同。

基於黑洞的半徑公式,可以很容易計算出任何物體演變成黑洞的條件。地球的質量約為6億億億千克,當它被壓縮到半徑不到9毫米時才會演變成黑洞。而對於剛被直接發現的M87*超大質量黑洞,它的質量約為太陽的65億倍,對應的半徑可達190億公里,即126天文單位,超過海王星軌道半徑40倍。


火星一號


我們都知道:往天上扔石頭,石頭不管飛的多高,總會落下來,這是因為它受到地心引力的作用,這個力的大小為GMm/r^2。但如果石頭的初速度超過7.9km/s,那麼它就不會落地,進入地球軌道。如果速度更快,超過11.2km/s,那麼這塊石頭就會徹底擺脫地心引力,永遠離開地球。這是在地球表面的情況,光速為每秒30萬千米,以地球表面的引力無法束縛住光。

但是如果有一個物體的引力足夠強大,那麼光也會被束縛。而任何物體的速度都無法超過光速,所以如果光無法逃脫,那麼一切都無法逃脫,這個物體就變成了黑洞。要做到這一點,就得讓它的半徑足夠小,必須小於2Gm/c^2才可以實現, 這個半徑被稱為史瓦西半徑。史瓦西半徑與質量成正比。

假設一個黑洞質量為10^30kg,半徑就約為1.48千米,一千克的物體在其表面受到3.03*10^13N的重力。


腦洞深不見底


光,是物質脫離原生態體系臨界狀態時所產生出來的伴隨性的現象,其實,我們每一個個體只要發生運動,都會產生光現象,只不過由於這樣運動著的個體沒有發生根本屬性的變化,所以,顯現不出來光的效果而已。

其二,我們所看到的光現象,其實就是物質運動與生態體系之間發生了根本屬性的改變,是這種條件下產生出來的“光”的現象。

其三,嚴格的說,物質的運動過程,其實就是生態體系的改變過程。也可以說是物質不斷地與不同生態體系的其他物質發生作用關係的過程,

其四,要束縛住光,其實就是避免物質突破原有生態體系或避免物質運動進入到“脫離原生態體系的臨界狀態”。這需要根據具體物質的構成要素以及所在或即將進入的生態體系的要素構成來決定,沒有一個統一標準,要因物質而異,要因具體的生態體系而異。

其五,物質是處於一個全方位全時段的存在狀態的,其中,屬性的變化也是時時刻刻的,現在,即使有這樣的公式,也只是一個僅僅考慮到物質自身質量變化的公式而沒有考慮到屬性變化,這樣的公式其實是一個人類理想化的,也可以說是一個粗放式的公式,是不具有精準性的。

其六,直接回答:以精準的角度來看,只有原則性的考慮,而沒有一個普世性的固定公式。


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