小小的彈珠大家都玩過,那么當(dāng)它包含了整個太陽質(zhì)量時地球還能承受嗎?會像《衛(wèi)斯理》中找到的中子星物質(zhì)落入地心還是會反過來將整個地球吞噬,這是一個有趣的話題!
其實(shí)這個問題在105年前的第一次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)場上的史瓦西已經(jīng)計算過了,他用愛因斯坦剛剛推出的廣義相對論引力場方程,求出了第一個非平庸精確解—史瓦西度規(guī),它明確了天體被自身引力壓縮到坍縮成一個沒有尺寸奇點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)然這是理想中不旋轉(zhuǎn)、不帶電荷的天體坍縮,這個理想中奇點(diǎn)有一個如雷貫耳的俗名,也就是史瓦西黑洞!
其實(shí)史瓦西半徑的原理很簡單,即當(dāng)天體的半徑坍縮到環(huán)繞速度(第一宇宙速度)為光速時,就是史瓦西半徑,根據(jù)太陽直徑計算,太陽的史瓦西半徑大約為:
R=2GM/C^2=2952.37175米
也就是說,當(dāng)太陽的質(zhì)量保持不變,半徑坍縮到小于2.95千米時,太陽將不可避免的坍縮成黑洞,因?yàn)檫^了這一點(diǎn)后,即使光速也不能從這個質(zhì)心的引力場中逃逸,因?yàn)樘右菟俣纫呀?jīng)大于光速,而宇宙中有靜止質(zhì)量的物體無法達(dá)到光速!
簡單的說已經(jīng)沒有任何一種力量可以阻止它坍縮成一個無窮小的奇點(diǎn),而假設(shè)的彈珠也就是我們常玩的跳棋彈珠,直徑不過是十幾毫米到二十幾毫米不等,所以當(dāng)太陽達(dá)到這個極限時早已成為一個理想的史瓦希黑洞!
黑洞確實(shí)是一種怪物,這是宇宙中的終極天體,發(fā)展到這種天體后在各位能想象到的時間里,它基本就不再改變了,當(dāng)然除了質(zhì)量增加以外!那么天體是怎么走到這個程度的呢?下面分成幾個階段來做個簡單說明!
白矮星階段
中子星階段
黑洞階段
這不是天體發(fā)展的不同階段,而是不同天體發(fā)展的最終階段,小質(zhì)量的天體會達(dá)到白矮星階段,當(dāng)恒星內(nèi)核核燃料耗盡后,支撐引力坍縮的輻射壓消失,因此恒星的大量物質(zhì)都會想中心坍縮,此時原子與原子之間的電磁斥力已經(jīng)被突破,支撐恒星不再坍縮的唯一力量是原子內(nèi)部的電子間泡利不相容的電子簡并力!
基本粒子分為兩種,一種傳遞作用力的玻色子,另一種是費(fèi)米子,前者可以處于同一態(tài)而后者則不能,因此當(dāng)引力坍縮開始壓縮電子時,它們之間的不相容將會使它們產(chǎn)生強(qiáng)大的支撐力,假如支撐力與引力平衡,那么此時的天體就是白矮星!
如果天體質(zhì)量夠大,突破了電子簡并力的極限,此時電子將會跌落原子核,和中心的質(zhì)子中合成中子,中子也是費(fèi)米子,因此它們之間也會存在中子簡并態(tài),這個狀態(tài)將會比電子簡并態(tài)更強(qiáng)大,因此它能支撐的天體質(zhì)量明顯要比電子簡并態(tài)的天體質(zhì)量要高!
當(dāng)然如果中子簡并態(tài)也無法支撐引力坍縮時,也許夸克就會站好最后一班崗,但夸克星僅僅存在于猜測中,當(dāng)超過夸克支撐的極限時天體將會一路坍縮至一個永無出頭之日的起點(diǎn),這個沒有尺寸卻存在巨大質(zhì)量的確定點(diǎn)是廣義相對論失效的地方,當(dāng)然也是量子力學(xué)的噩夢,因?yàn)榱孔诱撜J(rèn)為一個無限小的點(diǎn)的位置和速度是不能同時確定的,這由海森堡不確定性原理為之背書,但奇點(diǎn)是確定的!
無論廣相和量子論是否認(rèn)可,黑洞的確存在了,最近的黑洞就是2800光年外的麒麟座V616,當(dāng)然還有一個理論是英美兩位學(xué)者認(rèn)為太陽系第九大行星是一個質(zhì)量大概是地球5-15倍的原初黑洞!WHAT?你們開心就好,太陽系第九行星居然是個黑洞?
黑洞出現(xiàn)在地球絕對不是一個好消息,如果是瞬間蒸發(fā)的微型黑洞,那么這個問題就嚴(yán)重了,因?yàn)樘祗wNB程度不在大小,而是其恐怖的質(zhì)量,當(dāng)一顆彈珠大小的物體擁有整個太陽質(zhì)量時,它將宇宙中最為黑暗的天體,所以,從出現(xiàn)在地球的那一刻開始,地球上的徹底毀滅就開始倒計時了!
因?yàn)榧词乖诘厍虻牧硪欢?,它的逃逸速度仍然高達(dá)4563.746千米/秒!
各位算算看,當(dāng)它突然出現(xiàn)在地球上時,假如地球另一端立即獲知消息,那么此時已經(jīng)來不及了,因?yàn)榇藭r距離這個質(zhì)心會將引力以光速傳播至12740千米的地球另一端,高達(dá)4500千米/秒的逃逸速度,現(xiàn)代沒有任何一艘飛船能達(dá)到這個級別!
當(dāng)然星環(huán)號可以,因?yàn)樗梢栽谇拾l(fā)動機(jī)的加速下達(dá)到光速!
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