光沒有質量,為什麼會被黑洞吸進去?或許是自己跑進去的

天空之城 2020/10/11 檢舉 我要評論

關於引力,目前有兩種描述:

(1)牛頓經典物理,萬有引力

(2)愛因斯坦廣義相對論,時空幾何

牛頓萬有引力,被黑洞「吞噬」的光

宇宙質量為王,想要成為黑洞需要足夠的大的質量,除此之外還有另外一個關鍵因素:密度。演變成黑洞的恒星質量比黑洞還大,但它卻無法把光吸進去,因為它體積(半徑)太大,不夠密集,因此 單位空間內的質量大小才是決定引力的關鍵因素,光之所以無法逃脫黑洞就是因為黑洞足夠的緻密,例如火箭可以飛出地球,但如果把地球壓縮到玻璃球大小就會成為一個「超小型」黑洞(忽略蒸發),那麼當光進入這個超小黑洞時也無法逃脫。

火箭可以升空,小球拋出去會落回地面,這主要取決於逃離地球的速度。

山上的炮彈會因為引力下落,但實際上它會比我們預想中跑得更遠,因為地球是圓的,我們不能以地面是平的來衡量它。 如果炮彈達到一個更快的速度,炮彈就有可能在引力的作用下,繞地球旋轉。 如果炮彈繼續加大炮彈的速度,那麼就可以像火箭一樣擺脫地球的控制,即成功逃逸。

環繞地球運行的速度,我們稱之為地球的第一宇宙速度,火箭的速度我們稱之為逃逸速度。

通過牛頓定律和萬有引力公式我們可以得到逃逸速度的公式。

由逃逸速度可以看出,一個天體的逃逸速度主要取決於天體本身的質量(正比)與天體本身的半徑(反比),並且與逃逸的物質本身的質量大小無關。 一個天體的逃逸速度越大,也預示著天體的引力越強,當一個天體的質量足夠大,半徑足夠小,導致它的逃逸速度大於光速,那麼光將無法從這個天體逃脫。宇宙中很多恒星的質量都很大,但只有黑洞的半徑(體積)才足夠小,因此大質量恒星只能使光線發生偏轉,只有黑洞才可以吞噬光。

黑洞的形成

天體的質量越大,引力坍縮的作用就越強,內部相互擠壓,物質向內收縮。當質量足夠大,內部高溫高壓下就會觸發核聚變,向外輻射能量來抵抗天體向內收縮。當核聚變的燃料用盡,恒星就會繼續收縮。

根據泡利不相容原理,兩個(以上)電子不能佔據相同的量子態,電子簡並壓力可以抵擋引力進一步坍縮,然後如果恒星的品質超過錢德拉塞卡極限(1.44個太陽),那麼電子就會被壓入原子核中,使帶正電的質子轉變成中子,並釋放能量和中微子,此刻恒星就會成為一顆全部由中子構成的中子星,有中子簡並壓力來阻擋引力進一步坍縮。

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