地球上出现一个原子那么大的黑洞会怎样?

神评陈毒绣


地球上出现一个原子那么大的黑洞会怎样?

黑洞曾经是广义相对论预言中的天体,但自从第一个黑洞天鹅座的X-1发现后,黑洞的数量已经多到难以想象,甚至科学家都认为因核心中心存在数千个黑洞!但从理论上来看,除了原初黑洞以外,宇宙中难以存在质量小于奥本海默极限以下的黑洞,当然我们今天并不来纠结黑洞最小质量的问题,纯粹从脑洞的角度来考虑下假如一个原子大小(视界直径)的黑洞出现在地球上会有一个如何严重的后果!

一、原子的直径是多大?

原子物质在化学反应中不可分割的最小部分,当然仅仅是化学反应,物理变化上并不是哦!而且各种原子直径是有差别的,假如这个黑洞形成于大爆炸时代,那么我们就以氢原子为直径来做对比:

氢原子的电子云可视化图,氢原子的直径约10^-10米,是所有原子中最小的!

二、一个视界为氢原子大小的黑洞有多大质量?

黑洞的质量如何计算?我们已经知道了这个黑洞视界大小为:10^-10米,那么只要套用史瓦西半径公式即可计算出黑洞的质量!

将视界直径代入上图公式中,计算得黑洞的质量为:33686475964648337.33千克

约为:3.37×10^13吨

这可不是一个小数,如果按地球上的岩石质量约3吨/立方米计算,大约为:

R=13891.48米半径的球体

即:一个27.6千米的花岗岩球体

如果某个50KG的成年人在这个黑洞1M处受到的作用力为:

F=112344397.34N

可能大家对力的单位N没有太大的印象了,那么换算成吨约为

F=112344397.34/9.8=11463.714吨

即1.15万吨左右!

这可不太好玩,1.15万吨的力作用于人体身上,估计已经被撕碎了!假如丢在地面上的话,附近的物质马上就会被其强大的引力所吸引,而成为其吸积盘,并且地面根本无法承受如此质量,将会逐渐掉落地心,而这个黑洞则留在地心中央慢慢吞噬完地球,最后这个氢原子大小的黑洞成长为视界半径为0.0088537M的黑洞,即视界半径为:8.8MM黑洞!

无论多大的黑洞出现在地球上或者地球附近,那么这绝对是一场灭顶之灾!


星辰大海路上的种花家


会把地球瞬间“吞噬”进去?

按照我们对黑洞的认识,黑洞无论大小,都是一个引力极大,大到光在进入其视界以内都无法逃脱的天体,并且黑洞能够把接近自身的一切物质都吸引进去,就像一个“无底洞”一般。那么在地球上的一个原子大小的黑洞会把地球“吞噬”掉吗?

黑洞是有“吞噬”地球的能力,但前提是要给黑洞足够的时间。

霍金告诉我们,黑洞并非只进不出,黑洞的质量也会“蒸发”,只不过是以黑体辐射形式蒸发,既霍金辐射,也就是说,黑洞也是有寿命的,如果没有外界对黑洞的能量或质量“补充”,黑洞终究有一天会“蒸发”殆尽。我们看一下黑洞的辐射公式,

这个式子里,T-黑洞暗辐射温度,c-光速,h-普朗克常数,G-万有引力常数,k-玻尔兹曼常数,M-黑洞质量。

从这个公式中,我们可以看出,黑洞的质量越大,其辐射温度就越低,甚至会低于宇宙微波背景辐射的温度(这意味着即便周围没有物质,也可能会从周围的“空间”汲取能量而继续扩大),而黑洞的寿命就会越长,只有黑洞质量无穷大时才不具有辐射,这时黑洞的寿命也是无穷的,但实际上这样的黑洞是不存在的。所以我们可以说,黑洞的寿命与其质量成反比的(或者说黑洞的寿命与其质量的立方成正比),质量越小的黑洞,“蒸发”的越快,寿命也就越短,而一些大质量黑洞的寿命则要远远超过我们宇宙的年龄。

一般大质量黑洞通过霍金辐射完全蒸发掉的时间很难估量,但一些微型黑洞则很快就会蒸发掉,质量为百万吨的黑洞寿命一般在几年到几十年,能存在10年。一颗10亿吨质量的黑洞,其史瓦西半径大约只有原子核大小,但其寿命在100亿年以上,和我们这个宇宙的年龄差不多。这样一颗黑洞放到地球上,其吸收地球质量的速度会远远大于其蒸发的速度,所以,地球会被慢慢的完全“吞噬”,这个黑洞质量也会增加到一个地球质量,体积也会从一个原子大小变为一个直径约两厘米大小的黑洞。这里要说明一下,原子级别的黑洞放到地球上,由于质量也不小,会迅速往地心沉入,但吞噬地球的速度在开始的时候比较慢,因为体积太小,引力影响范围也非常小,所以只能一点一点的吞噬,但随着质量的增加,引力影响的范围会越来越大,吞噬的速度也会越来越快。

补充一点,地球质量大小的黑洞,寿命会增加到10^48年这个数量级,这已经是我们宇宙年龄的5万亿亿亿亿倍还要多;而太阳质量大小的黑洞,寿命则达到了10^65年这个数量级;一些超大质量黑洞,其寿命在10^1000年数量级以上,对我们这个宇宙来说可以算是与天地同寿,无穷无尽了。

再说一点,如果说是原子质量大小的黑洞(要和原子体积大小区分开),因为质量太小,几乎就是瞬间蒸发。


清明的星空


在回答这个问题之前,我们首先要搞清楚黑洞的定义是什么?

我们通常所认为的黑洞,是空间中这样一个区域,它内部的重力极大,以致于任何东西都将被其吸引,连光都无法逃脱。

黑洞包括两个部分:一个是位于它中心的奇点,它是黑洞的质点,黑洞所有的质量都集中在这个比原子还小得多的、几乎是无限小的点上;而在这个奇点的外围有一个区域,在这个区域里因为引力极大,连光子都无法逃脱,所以我们从外界看它是黑色的,我们无法知道里边发生了什么事情,因此将这个黑色区域的边界称为“事件视界”,又有人称之为黑洞的“地平线”。

(一个黑洞的想象图,黑色部分是它的事件视界,奇点在其中间,小到我们看不见)

由于黑洞的奇点与它的事件视界是不可分离的,有奇点就必然存在事件视界,所以我们将事件视界与它里边的奇点并称为黑洞。

黑洞有多大?

我们都知道黑洞有大有小,黑洞的大小通常以它的质量来衡量。在宇宙中,科学家们以太阳质量的倍数来衡量一个黑洞的大小。比如银河系中心黑洞人马座A*的质量大约是太阳质量的450万倍,而科学家们刚刚拍摄的室女座M87星系中央M87*黑洞质量则是太阳质量的65亿倍!

(M87*黑洞)

黑洞的质量有这么大,那么它的体积到底是多少呢?

科学家们说,黑洞不管质量有多大,它中央质点的体积都接近无穷小、密度趋向无穷大。而黑洞地平线的半径则与它质量的大小相关,也就是说,黑洞的质量越大,我们看到的那个黑色的“球”就越大。这个“球”的半径由史瓦西半径公式可以求出。

按照史瓦西半径计算公式:R = 2GM / c²

已知引力常数G=6.674 × 10^-11 (m ^3· kg ^-1· s ^-2),太阳质量为1.9885×10^30 (kg),光速为:299792458 (m/s)。

将上面的数据代入公式,我们计算出M87*的事件视界半径大约为192亿公里。这与科学家们公布的M87*直径大约为400亿公里的数据相接近。

(黑洞阴影部分直径是黑洞视界直径的2.5倍,由此得出其视界直径约为400亿公里)

那么,如果将太阳变成黑洞,它会有多大?根据公式计算的结果,“太阳黑洞”的半径大约有3千米。如果地球变成黑洞,它的半径大约是8.7毫米;而“月亮黑洞”的半径则只有0.11毫米。

一个原子大小的黑洞是怎样的?

原子很小,它的直径单位通常以“皮米”来计量。比如说我们熟悉的黄金,金原子的半径为144pm,也就是1.44 × 10^-10 m。

那么一个金原子大小的黑洞,它的质量到底有多少呢?我们将其代入史瓦西公式:R = 2GM / c²

最后得出的结果是 M=9.7 × 10^16 kg。

也就是97万亿吨!这至少是喜马拉雅山脉的质量的两倍。

(喜马拉雅山脉的一部分)

这个黑洞如果距离我们10米远,它的引力有多大呢?

我们请出万有引力公式:F = GMm/r²

这里G是引力常数,G = 6.67×10^-11 N·m²/kg²,M=9.7 × 10^16 kg,m设为100kg(一个大胖子的质量),r = 10m

代入公式后,我们得出 F= 64700 N = 6602 千克力

看起来很可怕。因为这是距离10米远,如果这个黑洞在胖子的手上,他会被瞬间撕碎并吸入黑洞!

如果这个黑洞不蒸发,它掉在地面上,它会迅速将同围的一切都吸进去并坠入地心,同时一点一点地把地球吞吃掉,最后变成一颗手指头大小的黑洞。

但是且慢!

宇宙中真有这么小的黑洞吗?

并没有。

科学家们说,黑洞是由超级恒星在燃烧完它核心中所有的氢燃料后发生超新星爆炸而形成,或者,当两颗中子星相互撞击合并、合并后的中子星发生重力坍塌也可能变成黑洞。也就是说黑洞有一个最小的质量,这个最小的质量至少是太阳质量的3.8倍。

也就是说,题目中所假设的原子大小的黑洞并不存在,因为任何一个黑洞的奇点都要比原子小许多,而宇宙中已知最小黑洞的视界半径也要超出十几公里。所谓“原子大小”的黑洞仅仅是数学上的存在罢了。

因此我们完全没必要担心它。

(你只需要小心脚下的洞就好了)


周志宏glee


黑洞的产生一般都是大质量天体发生了重力坍缩的结果。大质量恒星演化到最后,会在超新星爆发中结束它作为恒星的一生。如果爆发之后的残余质量大于3.2倍太阳质量(奥本海默极限),它就会坍缩成一个黑洞。目前发现的最小的黑洞质量为3.8倍太阳质量,接近理论值。



可见,在现在这种宇宙环境中诞生的黑洞都相当的大,3.2倍太阳质量的黑洞半径有9.42千米,远远大于1个原子的半径。

那么可能存在只有原子大小的黑洞吗?

在爱因斯坦发布广义相对论后的数月,史瓦西就推导出了黑洞的半径公式。

rs是史瓦西半径,G为万有引力常数,c为光速。

从这个公式可以看出,任何具有质量的物质都有它的史瓦西半径,也就是说,无论质量有多大都能够形成黑洞。所以说,原子大小的黑洞是可以存在的。

科学家猜测,在宇宙大爆炸后不久,由于空间中的物质和能量密度非常高,只要有一点扰动就能够形成黑洞(太初黑洞)。在这时,就可能会产生微小的黑洞。

一个原子大小的黑洞会对地球产生破坏吗?

位于欧洲的大型强子对撞机刚建成时,曾经有人担心这个强子对撞机会撞出量子黑洞,然后吞噬掉地球。

图:大型强子对撞机内部

图:大型强子对撞机





事实上,这样的担心是多余的。一是大型强子对撞机达不到撞出黑洞的能量,二是量子黑洞会很快因为霍金辐射被蒸发。

假设一个黑洞的如同铯原子(最大的原子)大小,它的质量只有1.76×10∧14吨,但因为霍金辐射,使得其表面温度高达438万度,很快就会被霍金蒸发掉了。

黑洞的质量越大,表面温度越低,能够存在时间就越久,一个质量为4.5×10∧19吨的黑洞(与月球质量相近)的温度会保持在2.7K(宇宙背景辐射),这是因为它吸收的辐射发射出的辐射相当。如果质量小于这个值,它就会逐渐失去质量,最终蒸发殆尽。


讲科学堂


根据史瓦西半径计算公式,我们假设这个原子大的黑洞的逃逸速度刚好是一个光速。

把史瓦西半径公式变形一下,我们就可以粗略的把这个黑洞的质量算出来。假设这个原子大小是和铜原子大小一样大,约为129pm,也就是0.129nm,即1.29✖️10^(-7)m,可以求出天体的质量大约为1✖️10^20KG,假设我们人的质量为100KG,这个原子黑洞离我们100米,根据万有引力公式可以算出我们和原子黑洞的万有引力约为1✖️10^8N,如果离我们10万公里远,那我们和这个黑洞的吸引力就仅仅有1N而已,所以如果黑洞真的很小,离我们真的很远,那对我们的影响也是很小的。

再举一个具体的例子:我们地球的半径约为0.6万公里多一点,如果这个原子大的黑洞在南极,而你站在北极,那么你收到这个原子大黑洞对你的吸引力约为3牛的力。如果这个黑洞在广州,而你在深圳,其中广州到深圳约为150公里左右,那你受到黑洞的吸引力约为40多牛,计算结果可能不是很准确,但是数量级应该没错。




宇宙奥秘探索2018


原子那么大的黑洞,理论上是不会存在那么小的黑洞的,但是既然题主这么问了,那么小才女就只好假定性地认为它就真的存在了。

跟原子那般大的黑洞,如果小才女没有理解错的话,那题主的意思应该是只黑洞的视界跟原子一般的大小,毕竟黑洞的大小,通常来说还是以视界来作为界线会更合理一点。原子般大小的黑洞视界,也就是说这个黑洞能使时空弯曲到完全封闭的状态的空间仅有原子那么的小,这么小的黑洞其实是完全可以忽视的。

有人说黑洞如同漩涡,无论多小,它的可怕之处都在于它可无限地吞噬着地球上的物质,然后使其慢慢扩大,若它出现在地球之上,总有一天,我们的整个地球肯定会被它吞噬掉。

其实,这种认识大概是从表观的认知经验中感觉出来的而已,实际上,即便是夸张点的比喻,如原子般大小的黑洞所产生强大的引力范围可达一个篮球般的大小,也就是说,它能调动吸收物质的半径为12cm,黑洞吞噬物质的嘴巴也就那么大而已。

篮球般大小的嘴巴不停地吞噬地球上的物质,这还远不如地球每秒向太空挥洒的物质多呢。


民科小才女


黑洞的一个条件就是质量奇大,大到无法想象。地球上有可能产生这玩意吗?


mulin30311368


等你把万有引力学好你就会发现,要想成为黑洞,首先要有足够的质量,接着就是有足够大的密度,中子星的密度大不大,一个芝麻粒大小的中子星就有几万吨,原子那么大,密度足够高,质量足够大,那它应该是什么粒子构成的呢,我是无法想象,至少目前人们没发现有这样的粒子,这种粒子本身就要足够小,且相对质量比较大,我感觉应该没有。


小城的小程


黑洞不是比大小的,是比质量的。当然质量越大,视界直径也越大。


深蓝122911237


霍金辐射蒸发掉。


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