作业帮黑洞的视界有什么特性
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/06 04:08:43
黑洞的视界有什么特性
黑洞的视界有什么特性
黑洞的视界有什么特性
一个星球,如地球,在重力作用下会向内收缩,但地球的硬质岩石阻碍了地球继续收缩.太阳是由于向外辐射的压力抵挡住了重力.
如果太阳烧尽了,辐射压没了,就会开始坍缩,直到分子都挤在一起,形成了“白矮星”.如果一颗恒星的最终质量大于1.4倍太阳质量,它坍缩时会把分子压碎,直到原子核挤在一起,形成“中子星”.如果这颗恒星的最终质量大于3倍太阳质量,原子核也会被压碎,继续向中心坍缩.在原子核被压碎后就再没有什么力量可以阻止它坍缩,它将一直坍缩下去,直到像皮球那么大、黄豆那么大、原子那么大、没完没了的无限收缩下去……用不了多长时间,它就会收缩成体积几乎为零的一个点——“奇点”.
再说视界：
任何一个星球都有所谓逃逸速度,即可以飞出该星球的最低速度.地球的逃逸速度是11.2公里/秒,在地面上发射一艘飞船,达到11.2公里/秒就可飞出地球.
如果在离地面很远的高空发射,显然条件可以降低些；离地心越近,速度要求就越高,当然离地心的距离不可能比6370公里更近,因为地球半径是6370公里.
假想我们能够压缩地球,使之密度更大体积更小,那么在它的表面就会离地心更近,逃逸速度也会变大.如果我们继续压缩它,越压越小,这个地球表面的逃逸速度也越来越大.总有那么一个尺度,当地球被压缩成那么大时,它表面的逃逸速度会达到30万公里/秒,即光速.也就是说,此时即使是光也不能从这“小地球”的表面发射出去了.对地球来说,这个尺度大概是1厘米,当地球被压缩成半径一厘米以内的小球时,光就不能从地球表面逃出了.
注意,虽然在这小地球的表面逃逸速度达到了光速,但在离小球中心6370公里的高空——即原先的地球表面,逃逸速度仍是11.2公里每秒,因为被压缩的地球质量没变.
对太阳这种质量的物体来说,半径是1公里,如果太阳被压缩成半径正好是1公里的球,那么它表面的逃逸速度为30万公里/秒.
假如太阳从此坍缩下去,变成刚才说的奇点,那么这奇点附近的逃逸速度将比光速还要大得多.但是在半径1公里的那个高空上,逃逸速度仍是30万公里/秒.
半径1公里的这个假想的球壳,仿佛是个分界面：在它内部,与奇点的距离小于1公里,逃逸速度大于光速,连光也逃不出来；而在它外部则没问题.
这个通过计算得到的、实际上并不存在也看不见的、在奇点外围一定半径处的、假想的球壳,就是“视界”.
视界内包含的空间,称为“黑洞”,黑洞的中心是奇点,质量全集中在奇点上.
每一个给定的质量都对应着一个“能够使它成为黑洞的”半径,即逃逸速度达到光速的半径,这个半径叫做“史瓦西半径”.当这个物体真被压缩到它的史瓦西半径以内,它就成了黑洞,而史瓦西半径也正好就是它成为黑洞后的视界.
说了这么多,好像要变成黑洞,密度就要特别高才行,其实不然：质量越大,想变成黑洞就越容易.所需的密度和质量的平方成反比.一座10^12千克的山对应的史瓦西半径为10^ -13厘米,要压成那么小的小球可见密度之高；而一个10^11倍太阳质量的星系的史瓦西半径为10^ -2光年,对应的密度比空气还小.不过对一个星系来讲,这也不是容易事.
对了,一个人也可以变成一个黑洞,这只需把他压缩到10^ -23厘米,这是100千克对应的史瓦西半径,也是他成为黑洞后的视界半径.