黑洞由恆星塌縮而來,為何擁有恆星無法比擬的引力?

〔引力〕

萬有引力是由英國著名物理學家牛頓於1687年發現。但是在牛頓的一生中,作為引力的發現者,他並沒有給解釋引力是怎麼來的。

黑洞由恆星塌縮而來,為何擁有恆星無法比擬的引力?

牛頓通過研究掉落的蘋果發現引力

在隨後愛因斯坦1916年的廣義相對論中,他首次把引力闡述為時空彎曲的幾何效應。由天體對空間壓迫造成,而非一個“力”。

黑洞由恆星塌縮而來,為何擁有恆星無法比擬的引力?

天體壓迫空間產生引力,類似坡度,質量越大,扭曲的“坡度”也就越大,範圍也越廣


早期愛因斯坦廣義相對論面世後,並不被大部分學者接受。直到後來廣義相對論解決了水星近日點進動的問題。廣義相對論才開始慢慢被世人接受,原因在於廣義相對論所闡述的東西太不可思議。

但現在廣義相對論是經過大量科學研究實驗和現代科學技術層層考驗仍然扳不倒的存在。在物理學中有舉足輕重的地位。就比如史瓦西通過相對論引力方程式計算出了黑洞的存在,在隨後並得到證實。愛因斯坦同時也對引力波進行預測,在足足100年後,人類才首次在雙星合併中證實引力波動存在,證明他是對的。

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所以,如上訴所說,愛因斯坦對引力的闡述目前是最主流的和權威的。知道了這一點,我們對於黑洞引力就可以很好解釋。

知識點:引力大小和質量成正比例,質量越大引力越強。


〔黑洞和恆星關係〕

黑洞是由大質量恆星死亡後塌縮而成。在恆星結束了氫聚變階段,以氦聚變提供能量後,恆星基本就屬於不穩定階段了,隨著生成的重元素越來越多,聚變條件越來越苛刻,產生的能量難以對抗巨量物質在萬有引力下的向心擠壓,塌縮也就開始了。

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通常而言,小於八倍太陽質量的恆星最終會以塌縮白矮星結束自己。而介於8倍到29倍太陽質量之間的恆星,通常在死亡會以塌縮中子星結束自己。而大於30倍太陽質量的恆星死亡後,最終的歸宿很可能就是塌縮黑洞。

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這裡注意一個誤區,所說的這個上限是恆星完整質量上限。很多朋友會說。不是說1.4倍太陽質量嗎就可以塌縮中子星了嗎?這裡要注意一個知識點。所說的1.4倍太陽質量是錢德拉塞卡極限,所指的是一顆恆星死亡爆發後所遺留的星核(白矮星)如果還具有這個質量。那麼它是可以進一步塌縮。前者所說的是整體恆星質量,而後者所說的1.4倍是爆發後所遺留的質量。


〔黑洞引力強悍之謎〕

所以又上述我們可以得知,黑洞的前生就是我們熟悉的恆星,而黑洞形成初期的質量大小和恆星質量也是掛鉤的。質量越大,形成的黑洞也就越大!

但不管恆星質量如何,在大質量恆星沒有塌縮黑洞的階段,它是完全可以被人類觀測到的。同時在形成黑洞時,恆星有一次像外劇烈拋灑物質的過程――超新星爆發。所以初期形成的黑洞質量完全是沒有恆星本身質量大的,只有在吞噬了大量物質後才能不斷增加質量,那麼這就切中題目問題核心了,早期黑洞的引力為何這樣強過它的前身恆星?

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超新星爆發


如果我們可以借鑑愛因斯坦所說的引力由空間扭曲造成,那麼這個問題也就很好回答了!

既然空間可以扭曲,那麼空間扭曲到什麼程度我們是否可以認為和單位空間內所含有的質量有關係。

黑洞由恆星塌縮而來,為何擁有恆星無法比擬的引力?

如果是同質量,體積越小壓迫越強烈

例子:一個底面積為10平方米,重10噸的物體和一個底面積為1平方米,重5噸的物體。前者怎麼看都是比後者體積大,質量大。但是後者單位面積對地面的壓迫程度遠遠是高於前者的。

恆星和黑洞同樣也可以是這個道理,以太陽為例,假釋我們的太陽可以塌縮黑洞,那麼以現在太陽約139萬千米的直徑,它所有質量都必須壓縮,壓縮到什麼程度,就是史瓦西半徑。


史瓦西半徑是萬有引力和廣義相對論中一個非常重要的概念。史瓦西半徑是任何具有質量的物體與黑洞之間的臨界點。任何物體的壓縮程度如果小於史瓦西半徑,毫無懸念的就是塌縮黑洞。

黑洞由恆星塌縮而來,為何擁有恆星無法比擬的引力?

以太陽這麼大的體積,如果以黑洞量級壓縮它的史瓦西半徑只有3千米左右,而我們地球更小,約為9毫米!

由此,黑洞引力的強悍是否可以認為是單位空間內所含的質量太大,導致單位空間嚴重發生扭曲至使產生光都無法逃逸的引力。同質量的恆星和黑洞,恆星有效壓迫的空間單位是一千個點,而黑洞只有一個點,扭曲程度恆星無法比擬,自然引力非常強大!

黑洞由恆星塌縮而來,為何擁有恆星無法比擬的引力?

想象圖:極端質量集中於一點壓迫空間

當然,這種推測我們只能以站在愛因斯坦廣義相對論中對引力的產生描述是正確的前提下才能說。目前,引力的產生到底為何,還有很大爭議!


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