黑洞是不是可以吞噬任何东西?这背后的原理是什么?

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黑洞是不是可以吞噬任何东西?这背后的原理是什么?

2024-07-15 18:44| 来源: 网络整理| 查看: 265

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。

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