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黑洞趣談——“如果吞下一勺黑洞會(huì)怎樣? ”

說到黑洞,很多人都會(huì)覺著這么高深的一個(gè)科學(xué)概念,咱們很難理解。實(shí)際上從科普的角度出發(fā),拋開復(fù)雜艱深的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、眼花繚亂的物理定律,原來黑洞的特性其實(shí)蠻簡單的,今天咱們就以一個(gè)腦洞大開的設(shè)想,來介紹一些黑洞的特有性質(zhì)。

吃一勺黑洞

題目說到“一勺黑洞”,估計(jì)不少讀者會(huì)聯(lián)想到很多科普文章在介紹中子星時(shí),為了形象的說明中子星密度之大,就會(huì)說一勺中子星物質(zhì),質(zhì)量就會(huì)有上億噸之重。那么現(xiàn)在我們說的一勺黑洞,它的質(zhì)量會(huì)有多少呢?畢竟咱們得用手舉起來放到嘴了呀。

黑洞

咱們就以恒星級黑洞的演化為例

要知道在恒星的演化周期中,按照質(zhì)量不同,最終的結(jié)局會(huì)有三種:白矮星、中子星、黑洞,這三者的順序是按照恒星的質(zhì)量從低到高排列的,對于我們的太陽而言,它的質(zhì)量并不算高,因此最后將變?yōu)橐活w白矮星。

對于白矮星而言,它保持穩(wěn)定的前提是其內(nèi)部的電子簡并壓能夠與引力相平衡,形象來說,就好比于一顆充滿氣的氣球,氣球皮時(shí)刻處于緊繃狀態(tài),有著收縮體積的趨勢,而氣球內(nèi)部的氣體卻不給氣球壓縮,二者處于一個(gè)平衡狀態(tài)。

相同的道理也適用于中子星,只不過中子星的密度要變的更大。

恒星演化

但對于更大質(zhì)量的恒星,在超新星爆發(fā)后留下的核心物質(zhì),它的物理狀態(tài)是無法使其成為一顆中子星的,因?yàn)橐^于強(qiáng)大,沒有什么能與其抗衡,因此這部分物質(zhì)會(huì)不斷的收縮體積,如果只考慮最簡單的情況,這些物質(zhì)就會(huì)直到聚集到一個(gè)無體積的點(diǎn)上,這個(gè)點(diǎn)被稱為奇點(diǎn)。

很顯然,根據(jù)中學(xué)學(xué)習(xí)的密度定義,奇點(diǎn)的密度是趨向于無窮大的, 而這個(gè)奇點(diǎn)恰恰就是黑洞的核心,如果說黑洞的本質(zhì)就是奇點(diǎn)也不為過(上段提到的最簡單的情況,在這里就是指史瓦西黑洞)

但如此一來,一勺黑洞不就代表著整個(gè)黑洞的質(zhì)量了嗎?似乎有些怪怪的,電視電影上的黑洞可沒有你說的那個(gè)什么點(diǎn),只有宇宙空間中一大團(tuán)圓形的不發(fā)光黑色區(qū)域。

沒錯(cuò),這就說到點(diǎn)子上了,黑洞之所以叫做黑洞,最明顯的特性就是它不發(fā)光,因此人們描繪出的黑洞,經(jīng)常就是空間上的一個(gè)圓形黑色區(qū)域。而這個(gè)黑色區(qū)域的半徑被稱為史瓦西半徑,其邊緣就被稱為事件視界(實(shí)際上它是立體的,因?yàn)槭吠呶骱诙词乔蝮w形狀)

史瓦西黑洞

而外界物體一旦穿過事件視界,那么就再也不可能逃出去,因?yàn)槟抢锏奶右菟俣却笥诠馑?,而光速恰好是物體的速度上限,很顯然就算是光也不可能從事件視界內(nèi)部逃出了,于是我們通常把這整個(gè)的黑色區(qū)域稱為黑洞,并且這樣一來黑洞的密度也就間接的被降低了。

由于黑洞的密度和其質(zhì)量成反比,因此對于一些超大質(zhì)量的黑洞,它的密度可能比水還小,甚至比空氣密度低也不一定。所以說一勺黑洞的質(zhì)量是個(gè)不確定的值,有可能極大,也可能極小。

對于那些密度極低的黑洞,我們?nèi)ネ谝簧壮鰜恚ň筒患m結(jié)是怎么挖的,然后又是怎么帶出來的了),可能一瞬間就蒸發(fā)消失了,毫無感覺。

那么對于那些密度極大的黑洞呢?

方便起見,我們就以地球?yàn)槔ㄟ^一些超高等文明的技術(shù),我們成功的讓地球體積壓縮了,通過計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)在將地球的半徑壓縮至8.8毫米時(shí),地球?qū)?huì)形成一個(gè)黑洞,而此時(shí)它的密度已經(jīng)達(dá)到了驚人的每立方米2100億億億噸!

但好在體積適當(dāng),一顆直徑17.6毫米的球體差不多可以用一個(gè)勺子端起(不糾結(jié)這個(gè)勺子到底是什么神仙材質(zhì)了)。

這時(shí)我們準(zhǔn)備開吃,就在勺子從遠(yuǎn)處不斷向我們靠近時(shí),明顯感覺到整個(gè)身體被一股力量在拉扯,那是引力在起作用,或者說是可怕的潮汐力。所謂潮汐力,簡單來說就是一個(gè)物體在受到引力源影響時(shí),由于物體占據(jù)空間體積的關(guān)系,各點(diǎn)到引力源的距離不一樣,因此每點(diǎn)受到的引力大小也是不一致的。

由于這顆黑洞的體積非常小,密度非常高,也就意味著人體各點(diǎn)受到的引力大小差異非常大,并且隨著距離的不斷縮減,這種差異在急劇升高,終于人體受不了這種撕扯,發(fā)生了斷裂破碎。

最后我們身體的一部分被黑洞當(dāng)做養(yǎng)料吸收了進(jìn)去(但這點(diǎn)質(zhì)量,基本上是可有可無的,雖然人的體積遠(yuǎn)大于這顆黑洞,但黑洞實(shí)在啊,密度高),還有一部分就成為了黑洞吸積盤上的一分子。

不過即便我們失去了生命,但仍不要忘記“詛咒”吞了我們的那顆黑洞:總有一天你會(huì)沒有東西吃的。

為啥要這樣詛咒呢?很簡單,已逝的著名物理學(xué)家霍金教授告訴我們,黑洞也是有壽命的,并且它的壽命和其質(zhì)量成正比,也就是質(zhì)量越小的黑洞,壽命越短(這個(gè)結(jié)論建立在霍金輻射上)。

不過算下來的結(jié)果就比較尷尬了,一顆質(zhì)量等于地球的小黑洞,它的壽命竟然達(dá)到了5.6*10^50年,而我們宇宙現(xiàn)在的年齡不過138億年,這整整是宇宙年齡的4億億億億億倍!

不要傷心,雖然我們偷“雞”不成反蝕了自己,但慶幸于能量守恒定律,我們零零散散的換了一種方式繼續(xù)存在著。

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