黑洞由恒星塌缩而来,为何拥有恒星无法比拟的引力?

〔引力〕

万有引力是由英国著名物理学家牛顿于1687年发现。但是在牛顿的一生中,作为引力的发现者,他并没有给解释引力是怎么来的。

牛顿通过研究掉落的苹果发现引力

在随后爱因斯坦1916年的广义相对论中,他首次把引力阐述为时空弯曲的几何效应。由天体对空间压迫造成,而非一个“力”。

天体压迫空间产生引力,类似坡度,质量越大,扭曲的“坡度”也就越大,范围也越广


早期爱因斯坦广义相对论面世后,并不被大部分学者接受。直到后来广义相对论解决了水星近日点进动的问题。广义相对论才开始慢慢被世人接受,原因在于广义相对论所阐述的东西太不可思议。

但现在广义相对论是经过大量科学研究实验和现代科学技术层层考验仍然扳不倒的存在。在物理学中有举足轻重的地位。就比如史瓦西通过相对论引力方程式计算出了黑洞的存在,在随后并得到证实。爱因斯坦同时也对引力波进行预测,在足足100年后,人类才首次在双星合并中证实引力波动存在,证明他是对的。

所以,如上诉所说,爱因斯坦对引力的阐述目前是最主流的和权威的。知道了这一点,我们对于黑洞引力就可以很好解释。

知识点:引力大小和质量成正比例,质量越大引力越强。


〔黑洞和恒星关系〕

黑洞是由大质量恒星死亡后塌缩而成。在恒星结束了氢聚变阶段,以氦聚变提供能量后,恒星基本就属于不稳定阶段了,随着生成的重元素越来越多,聚变条件越来越苛刻,产生的能量难以对抗巨量物质在万有引力下的向心挤压,塌缩也就开始了。

通常而言,小于八倍太阳质量的恒星最终会以塌缩白矮星结束自己。而介于8倍到29倍太阳质量之间的恒星,通常在死亡会以塌缩中子星结束自己。而大于30倍太阳质量的恒星死亡后,最终的归宿很可能就是塌缩黑洞。

这里注意一个误区,所说的这个上限是恒星完整质量上限。很多朋友会说。不是说1.4倍太阳质量吗就可以塌缩中子星了吗?这里要注意一个知识点。所说的1.4倍太阳质量是钱德拉塞卡极限,所指的是一颗恒星死亡爆发后所遗留的星核(白矮星)如果还具有这个质量。那么它是可以进一步塌缩。前者所说的是整体恒星质量,而后者所说的1.4倍是爆发后所遗留的质量。


〔黑洞引力强悍之谜〕

所以又上述我们可以得知,黑洞的前生就是我们熟悉的恒星,而黑洞形成初期的质量大小和恒星质量也是挂钩的。质量越大,形成的黑洞也就越大!

但不管恒星质量如何,在大质量恒星没有塌缩黑洞的阶段,它是完全可以被人类观测到的。同时在形成黑洞时,恒星有一次像外剧烈抛洒物质的过程――超新星爆发。所以初期形成的黑洞质量完全是没有恒星本身质量大的,只有在吞噬了大量物质后才能不断增加质量,那么这就切中题目问题核心了,早期黑洞的引力为何这样强过它的前身恒星?

超新星爆发


如果我们可以借鉴爱因斯坦所说的引力由空间扭曲造成,那么这个问题也就很好回答了!

既然空间可以扭曲,那么空间扭曲到什么程度我们是否可以认为和单位空间内所含有的质量有关系。

如果是同质量,体积越小压迫越强烈

例子:一个底面积为10平方米,重10吨的物体和一个底面积为1平方米,重5吨的物体。前者怎么看都是比后者体积大,质量大。但是后者单位面积对地面的压迫程度远远是高于前者的。

恒星和黑洞同样也可以是这个道理,以太阳为例,假释我们的太阳可以塌缩黑洞,那么以现在太阳约139万千米的直径,它所有质量都必须压缩,压缩到什么程度,就是史瓦西半径。


史瓦西半径是万有引力和广义相对论中一个非常重要的概念。史瓦西半径是任何具有质量的物体与黑洞之间的临界点。任何物体的压缩程度如果小于史瓦西半径,毫无悬念的就是塌缩黑洞。

以太阳这么大的体积,如果以黑洞量级压缩它的史瓦西半径只有3千米左右,而我们地球更小,约为9毫米!

由此,黑洞引力的强悍是否可以认为是单位空间内所含的质量太大,导致单位空间严重发生扭曲至使产生光都无法逃逸的引力。同质量的恒星和黑洞,恒星有效压迫的空间单位是一千个点,而黑洞只有一个点,扭曲程度恒星无法比拟,自然引力非常强大!

想象图:极端质量集中于一点压迫空间

当然,这种推测我们只能以站在爱因斯坦广义相对论中对引力的产生描述是正确的前提下才能说。目前,引力的产生到底为何,还有很大争议!

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