黑洞吞噬太阳,太阳吞掉地球是多久之后?
40-45亿年后。当太阳进入晚期后,将膨胀,并且吞并水星、金星。也极有可能吞噬地球。不过就算不被吞,地球表面温度也难以让生命存活。在过一段时间,太阳开始收缩,坍缩为一颗白矮星。物理书上也有其密度。当然也不是密度、引力都超大。因为中子星、黑洞都比它大得多。
怎么又有人说是太阳体积的6000多倍?
黑洞不是洞,在时空中它表现为一个球体,黑洞有一个封闭的事件视界,任何进入事件视界的物质,就再也不可能逃逸出去,而平常我们所讲的“黑洞的体积”就是指黑洞的事件视界。一个黑洞的事件视界的大小,可以通过它的质量来计算出来(有兴趣的小伙伴可以参考史瓦西半径的相关公式)。
那为什么有时候又说黑洞体积无限小,密度无限大呢?其实这指的是位于黑洞中心的奇点,下面我们来看一下为什么黑洞这个奇点是怎么来的。
牛顿告诉我们,凡是有质量的物体都会产生万有引力,这种力有三种特性:1、它只有吸引力,没有排斥力;2、它是长程力,而且可以无限叠加;3、它的强度很小。
宇宙中的各种天体,其产生的引力的方向都是指向自身的中心,因此它们的核心都会受到来自于自身的引力的压迫。这时引力就表现为重力,其目的只有一个,就是尽自己所能将天体压缩到最小。因为引力的强度很小,所以一般的天体比如说行星,仅凭电磁力就可以抵抗住重力的压迫。
而对于质量更大的天体,由于引力的叠加,其核心承受的重力也就随之提高,这个天体核心的温度和压强也会随之增加,当超过到一个临界值的时候,就会点燃氢的核聚变,核聚变将会产生向外的辐射压,这样就抵抗住了重力,以免自身进一步坍塌,这时这个天体就变成了一颗恒星。
看到这里也许有人会问了,为什么大质量的天体一定主要由氢组成的,不能够是像地球这样的岩石行星吗?其原因就是宇宙的元素丰度,从较大的范围来看,宇宙中的元素都是按一定比例分配的,其中氢元素占了绝大多数。
如果一颗恒星的质量足够大,那么其巨大的重力将会使它的核心引发一轮又一轮的核聚变,在这个过程中各种轻元素一级一级地聚变成更重的元素,一直到铁元素的出现。需要指出的是,质量较小的恒星都不能聚变出铁元素,通常情况下它们会在之前的某一阶段就停止核反应了,例如太阳。
由于铁元素的聚变不再释放能量,恒星内部就失去了抵抗重力的能量,这时恒星就会在重力的作用下开始坍塌。随着恒星体积的缩小,新的力量又会阻止重力,即简并压。
简单的讲,简并压就是基本粒子的排它性,它们不允许其它的基本粒子占据自己的空间。根据现代物理学的描述,简并压可分为三种层次,即电子简并压、中子简并压以及夸克简并压。
但大质量恒星自身的重力会将这三种简并压力全部碾碎,它会将电子压入原子核,使其与核内的质子形成中子,然后将中子压碎变成夸克、最后再将夸克也……
在夸克之下,还有什么力量可以阻止重力呢?我们现在还不知道,于是科学家们只有无奈地得出结论,巨大的重力将会把恒星无限地压缩,形成所谓的“体积无限小,密度无限大”的奇点。
总而言之,黑洞就是宇宙中“大力出奇迹”的典范。从理论上来讲,在更微观的层面上,一定存在着其他的机制,相信随着科学的进步,黑洞的奇点之谜最终会真相大白。
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如果把像地球质量一样大的黑洞放到太阳中心?
在宇宙年龄已经到了138亿岁的现在,黑洞主要是大质量恒星死亡后的尸体。一般来说,大于太阳质量8倍以上的恒星,在寿命到了死亡时会发生超新星大爆炸,把外围的物质通过爆炸抛散到了宇宙中,而中心坍缩成一个致密的中子星。但这个中子星质量如果大于太阳质量5倍时,就会继续坍缩,最终成为一个黑洞。质量超过太阳30倍的超大恒星,在死亡时发生超新星大爆炸,而中心会直接坍缩成一个黑洞。这就是现代黑洞形成的基本理论。
从以上黑洞形成的原理来看,现在的宇宙中是很难形成地球质量的黑洞的。据说只是在对宇宙大爆炸的初期,有一些小的黑洞存在。一般太阳这样质量的恒星,死亡后只能形成一个白矮星,连中子星也做不了。太阳形成白矮星时将会抛去很大一部分质量,但太阳质量是地球质量的33万倍,即使抛去了一大部分,也还是地球的十几万倍,所以即使白矮星也比地球质量大多了。白矮星最大的质量不能超过太阳的1.44倍,大于这个质量就会继续坍缩成中子星。
目前一些国家的科学家们设想在大型强子对撞机中人工制造小型黑洞,这种超小型黑洞只有宇宙中黑洞的部分性质,并非真正能够大量吸积的黑洞,所以人们不必担心把地球和自己吸了进去。
所有的黑洞一旦形成都会吸积,都会把周边的物质吸附进去,黑洞的史瓦西半径就会越来越大,象征着黑洞的质量越来越大。所以假设有一个地球质量般大的黑洞投入到太阳中心,肯定会吸积。其实根本不要进入太阳中心,只要靠近太阳,太阳进入黑洞的视界(史瓦西半径),吸积就会开始。可惜,经计算地球质量的史瓦西半径只有9毫米,等于要靠近太阳才能开始吸积。届时一个看都看不见的小米虫吞巨穹的奇观就会出现,这个小小的黑洞就会不断地膨胀,把太阳吃掉,终于变成一个宇宙中真正存在的黑洞了。
可是,这只是一个假设,迄今为止,在宇宙中还有没发现有这么小的黑洞存在的报道。(时空通讯原创作品,请尊重作者版权。您对这个问题有什么看法,欢迎在评论区讨论。谢谢)
早期黑洞是太阳的10亿倍?
黑洞到目前为止,科学家仅证明了它的存在,其它还几乎一无所知。比喻黑洞视界内究竟存在什么?有人说它引力强,是"质量’集合;有人说黑洞有奇点,象早期宇宙一样,是"能量"集合;还有人说黑洞内既无"波动性",也无粒子性,是一个里面只有"信息"其它什么都无的"空洞"。目前尚无何实质性定论。至于其大小,仅为视界上的尺寸,质量大小也是根据祝界外同上绕其运动的天体堆算的,而这种引力效应是如何产生的不得而知,是基本粒子吗,是哪种基本粒子呢?NO,不可知也!
真的能吞噬一切物质吗?
黑洞可以吞噬任何我们已知存在的东西,信息、物质、能量都不能幸免。那为什么黑洞会有这么大的破坏力呢?
黑洞的引力在宇宙中,有个江湖规矩被叫做:质量为王。意思就是说,质量越大越有地位,如果质量超过太阳质量的7%,那就会成为一颗恒星,而小于这个数值要么是一颗褐矮星,要么就是行星,再不济就是矮行星或者小行星。
而同样是恒星,质量不同,寿命也会不同,结局也不同,像太阳最终会变成一个白矮星;而质量大于8倍以上太阳质量的恒星,最终可能会变成中子星或者黑洞。
那为什么质量会如此重要呢?这是因为质量和引力有关,通过牛顿的万有引力定律,我们知道引力与天体的质量成正比。
一个飞行器要绕着一个天体飞行时,至少是需要达到这个天体的第一宇宙速度,比如说,地球的第一宇宙速度就是7.9km/s,当飞行器达到这个速度就可以绕着地球飞行了。
如果让飞行器的速度加快,超过根号二倍的第一宇宙速度时,这时候的速度就可以让飞行器摆脱地球引力的束缚,飞离地球,这也被叫做第二宇宙速度。同样的,不同的天体有不同的第二宇宙速度,地球的第二宇宙速度是11.2km/s。
无论是第一宇宙速度和第二宇宙速度其实都和天体自身的质量有关,质量越大,所需的速度就越大。而黑洞的奇葩之处在于,它的引力十分巨大,大到第二宇宙速度远比光速还要高。这就使得任何低于或者等于光速的东西都会被黑洞吸进去,而无法逃逸。
我们知道,根据爱因斯坦狭义相对论的“光速不变原理”的假设,我们可以推出,任何物质、信息、能量都无法超越光速,因此,我们已知的物质都会被黑洞所吞噬。
当然,以上我们只是通过牛顿力学来理解这件事,但我们要知道的是,牛顿的万有引力定律只适用于弱引力场,在强引力场误差会特别大,这时候我们需要用广义相对论来理解这件事。爱因斯坦认为:引力的本质是时空的弯曲。
地球之所以能够绕着太阳转,是因为太阳压弯了周围的时空,地球沿着时空的测地线(也就是四维时空中的“直线”)在运动,如果切换到二维平面就是这下面这样:
所以,惠勒曾经总结广义相对论对于引力本质的解释时说到:时空告诉物质如何运动, 物质告诉时空如何弯曲。
太阳会使得时空弯曲,其实黑洞也是如此,但是它和太阳不一样的是,黑洞对于时空的弯曲程度十分剧烈,以至于在周围的物质如果沿着测地线运动都会掉落到黑洞当中,光也不例外。
因此,我们会发现,无论从哪个角度来看,都能解释黑洞吞噬物质的原因。
有没有例外?我们要知道宇宙中已知的物质只占了4.9%,剩余的都是暗物质和暗能量,占到了95%以上。
而我们现在知道,暗物质可能只参与引力和弱力,而暗物质和黑洞之间到底是什么关系,有没有交集,黑洞会不会吞噬暗物质,我们都还没有办法去下定论。这里的根本原因就在于我们对暗物质知之甚少,它会不会成为例外这一点目前还很难说。不过,和暗物质性质有点类似的中微子,穿透力也是极强,每秒钟有10万亿个中微子穿过我们的身体,我们都无法感知到。但是它也无法摆脱黑洞的魔爪,中微子遭遇黑洞也只能束手就擒。
最后,我们来总结一下,目前已经探明的物质都没有办法逃离黑洞,无一例外。这是因为黑洞的巨大引力所造成的。