經典力學也能預測黑洞存在,並計算出其半徑。為什麼沒人提?

漫步天下通


經典力學預測的黑洞和現在的黑洞,其屬性是不能相提並論的。並且如果承認經典力學的黑洞成立,那麼相對論和量子力學就不能成立。原因介紹如下:

①經典力學的黑洞,當時被稱為“暗星”

暗星的由來,早先是由18世紀的科學家米歇爾,當時在寫給卡文迪許的一封信裡提到的,認為宇宙中會不會存在一種引力極強的天體,連光線都無法在其表面逃離。相同的觀點,法國科學家拉普拉斯也提過。


他們用的理論框架是牛頓力學,而且關於這個問題的思路和計算也不難。按照當時盛行的光微粒說:光是由一個個小微粒構成,因此一個小微粒的動能就是1/2mc^2,這是牛頓力學中的動能公式,其中c為光速

再加上相關逃逸速度的計算:光微粒逃離天體的過程就是克服引力的過程,因為只需將動能和引力勢能之間做個關聯即可

我們就能簡單得到結論:動能=引力勢能,隨後就能得到暗星的最大半徑=2GM/c^2,G是引力常數,M是暗星質量,c是光速

②那為何經典力學中的暗星不能成立呢?

通過上段我們可以發現,當時光微粒的動能表達式仍舊是牛頓力學中的形式,但實際上光微粒的動能在相對論中是mc^2的形式,其中m是光子的相對論質量,而相對論質量通過質能方程E=mc^2和量子力學中能量子假設E=hv(h為普朗克常數、v為頻率)可知。

並且光子在暗星上的運動和地球上的拋石頭類似,向上運動後,最後還的掉下來,也就是說光速是可變的,這與光速不變原理又不一致。

也就是說,當時拉普拉斯等人的計算過程存在明顯的錯誤。所以經典力學的黑洞不能成立,否則相對論和量子力學就得推翻了。

③為什麼說暗星的半徑公式和現在的黑洞半徑公式相同

第一部分我們提到了暗星的最大半徑公式是2GM/c^2,而相對論中史瓦西黑洞的半徑公式也是2GM/c^2,只能說這純粹是一種巧合。史瓦西黑洞是基於廣義相對論得到的結果(經典力學手段,在一系列錯誤的配合下,很巧的得到了相同的結論),並且相對論對於引力的理解也是和經典力學有很大區別的。

再說,如今黑洞的類型還不止一種,史瓦西黑洞僅僅是最簡單的一種,還有克爾黑洞、克爾紐曼黑洞、雷斯勒-諾德斯特洛姆黑洞,這幾種的區別在於電荷的攜帶和是否自轉兩方面上。而這些結論是經典力學所給不了的。


如果再往深了說,一般黑洞是由恆星的衰亡產生的,而恆星的衰亡演化過程,經典力學也沒法描述,總之,這個問題在細節上能涉及很多方面。

因此,總的來說經典力學預言的黑洞,是不存在的,僅僅是在某些部分上的描述和如今的黑洞類似。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普




這兩天黑洞熱成狗了,本不想湊熱鬧。問主這個大學物理就講過的基礎概念,本以為答帖會排著隊,沒想到冷到冰。既然沒大神,只好我來湊個數。



愛因斯坦之前最牛的神肯定是牛頓,這位爵爺是真牛。牛頓三定律一出,天下盡折腰,那會兒人們都以為物理學也就到這兒了,全世界,不,全宇宙都得服從牛爺。



十八世紀,通過對木衛圍繞木星的運動,人們已經測出了光的速度為30萬公里/秒。1783年,英國自然科學家米歇爾(John Michell)把光的微粒說跟牛頓的引力定律結合,預言了緻密星體的狀態。

根據牛頓定律人們知道星體有所謂“逃逸速度”,不同質量星體的逃逸速度不同。地球的逃逸速度是11公里/秒,太陽因為質量大的多,逃逸速度是617公里/秒。

既然質量越大,半徑越小,引力就越大,逃逸速度就越大,米歇爾推論,對某個天體來說,存在一個臨界周長,它的逃逸速度是光速,那麼小於這個周長的同質量星體來說,光就不可能逃逸。這個星體就是不可見的,叫做暗星。這是“黑洞”的第一次露面。十三年後,法國哲學家拉普拉斯也做出了相同的預言。後來到十九世紀這個話題就不再有人提及了,為什麼?因為物理學發現光不再是微粒了!托馬斯.楊發現的光的自干涉證實了惠更斯的光波動說,光是波不是粒子(那會兒對光的的認識),光的逃逸速度就行不通了。



後來的事大家都知道了,有個更牛B的叫愛因斯坦,他的相對論比牛爵爺的學說更進了一步,黑洞啥的都只是廣義相對論的副產品。

現在回到正題。米歇爾和拉普拉斯的“暗星”跟“廣相的“黑洞”,都是光無法逃逸,都是看不見,都黑,但是它們一樣嗎?本質上完全不同!



暗星的原理是,逃逸速度大於光速的星體向上射出的光粒子在引力作用下越來越慢越來越慢,直到速度為零,然後掉頭向下,跟火箭啦炮彈啦一樣一樣的——而現在知道光速永遠是30萬,不可能為零;黑洞的原理就不用再囉嗦了,這兩天爛了大街,就是星體周圍空間被彎曲到變態彎,空間成了一個封閉單向大球,光波就跟賽道上的賽車一樣,只能沿著賽道跑,有圍欄,永遠出不來。



所以,經典力學的“暗星”,跟廣義相對論的“黑洞”,黑是一樣的黑,洞卻不是一個洞。


江蘇高考諮詢導師


其實,這個很專業的問題,一般性物理專業的大學生都基本是個空白,所有沒有人去對接這個非常的問題,對於非專業人士來說,幾乎無話可說了!


分享到:


相關文章: