黑洞趣谈,如果吞下一勺黑洞会怎样?

2023-06-02 18:49:1206:23 2241
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说到黑洞,很多人都会觉着这么高深的一个科学概念,咱们很难理解。实际上从科普的角度出发,抛开复杂艰深的数学推导、眼花缭乱的物理定律,原来黑洞的特性其实蛮简单的,今天咱们就以一个脑洞大开的设想,来介绍一些黑洞的特有性质

黑洞趣谈——"如果吞下一勺黑洞会怎样?"

吃一勺黑洞


题目说到“一勺黑洞”,估计不少读者会联想到很多科普文章在介绍中子星时,为了形象的说明中子星密度之大,就会说一勺中子星物质,质量就会有上亿吨之重。那么现在我们说的一勺黑洞,它的质量会有多少呢?毕竟咱们得用手举起来放到嘴了呀。

黑洞趣谈——"如果吞下一勺黑洞会怎样?"

黑洞


咱们就以恒星级黑洞的演化为例

要知道在恒星的演化周期中,按照质量不同,最终的结局会有三种:白矮星、中子星、黑洞,这三者的顺序是按照恒星的质量从低到高排列的,对于我们的太阳而言,它的质量并不算高,因此最后将变为一颗白矮星。

对于白矮星而言,它保持稳定的前提是其内部的电子简并压能够与引力相平衡,形象来说,就好比于一颗充满气的气球,气球皮时刻处于紧绷状态,有着收缩体积的趋势,而气球内部的气体却不给气球压缩,二者处于一个平衡状态。

相同的道理也适用于中子星,只不过中子星的密度要变的更大。

黑洞趣谈——"如果吞下一勺黑洞会怎样?"

恒星演化


但对于更大质量的恒星,在超新星爆发后留下的核心物质,它的物理状态是无法使其成为一颗中子星的,因为引力过于强大,没有什么能与其抗衡,因此这部分物质会不断的收缩体积,如果只考虑最简单的情况,这些物质就会直到聚集到一个无体积的点上,这个点被称为奇点

很显然,根据中学学习的密度定义,奇点的密度是趋向于无穷大的, 而这个奇点恰恰就是黑洞的核心,如果说黑洞的本质就是奇点也不为过(上段提到的最简单的情况,在这里就是指史瓦西黑洞)

黑洞趣谈——"如果吞下一勺黑洞会怎样?"



但如此一来,一勺黑洞不就代表着整个黑洞的质量了吗?似乎有些怪怪的,电视电影上的黑洞可没有你说的那个什么点,只有宇宙空间中一大团圆形的不发光黑色区域。

没错,这就说到点子上了,黑洞之所以叫做黑洞,最明显的特性就是它不发光,因此人们描绘出的黑洞,经常就是空间上的一个圆形黑色区域。而这个黑色区域的半径被称为史瓦西半径,其边缘就被称为事件视界(实际上它是立体的,因为史瓦西黑洞是球体形状)

黑洞趣谈——"如果吞下一勺黑洞会怎样?"

史瓦西黑洞


外界物体一旦穿过事件视界,那么就再也不可能逃出去,因为那里的逃逸速度大于光速,而光速恰好是物体的速度上限,很显然就算是光也不可能从事件视界内部逃出了,于是我们通常把这整个的黑色区域称为黑洞,并且这样一来黑洞的密度也就间接的被降低了。

由于黑洞的密度和其质量成反比,因此对于一些超大质量的黑洞,它的密度可能比水还小,甚至比空气密度低也不一定。所以说一勺黑洞的质量是个不确定的值,有可能极大,也可能极小

对于那些密度极低的黑洞,我们去挖一勺出来(就不纠结是怎么挖的,然后又是怎么带出来的了),可能一瞬间就蒸发消失了,毫无感觉。

那么对于那些密度极大的黑洞呢?

方便起见,我们就以地球为例,通过一些超高等文明的技术,我们成功的让地球体积压缩了,通过计算,我们发现在将地球的半径压缩至8.8毫米时,地球将会形成一个黑洞,而此时它的密度已经达到了惊人的每立方米2100亿亿亿吨!

黑洞趣谈——"如果吞下一勺黑洞会怎样?"



但好在体积适当,一颗直径17.6毫米的球体差不多可以用一个勺子端起(不纠结这个勺子到底是什么神仙材质了)。

这时我们准备开吃,就在勺子从远处不断向我们靠近时,明显感觉到整个身体被一股力量在拉扯,那是引力在起作用,或者说是可怕的潮汐力。所谓潮汐力,简单来说就是一个物体在受到引力源影响时,由于物体占据空间体积的关系,各点到引力源的距离不一样,因此每点受到的引力大小也是不一致的。

由于这颗黑洞的体积非常小,密度非常高,也就意味着人体各点受到的引力大小差异非常大,并且随着距离的不断缩减,这种差异在急剧升高,终于人体受不了这种撕扯,发生了断裂破碎。

黑洞趣谈——"如果吞下一勺黑洞会怎样?"



最后我们身体的一部分被黑洞当做养料吸收了进去(但这点质量,基本上是可有可无的,虽然人的体积远大于这颗黑洞,但黑洞实在啊,密度高),还有一部分就成为了黑洞吸积盘上的一分子。

不过即便我们失去了生命,但仍不要忘记“诅咒”吞了我们的那颗黑洞:总有一天你会没有东西吃的。

为啥要这样诅咒呢?很简单,已逝的著名物理学家霍金教授告诉我们,黑洞也是有寿命的,并且它的寿命和其质量成正比,也就是质量越小的黑洞,寿命越短(这个结论建立在霍金辐射上)。

不过算下来的结果就比较尴尬了,一颗质量等于地球的小黑洞,它的寿命竟然达到了5.6*10^50年,而我们宇宙现在的年龄不过138亿年,这整整是宇宙年龄的4亿亿亿亿亿倍!

黑洞趣谈——"如果吞下一勺黑洞会怎样?"



不要伤心,虽然我们偷“鸡”不成反蚀了自己,但庆幸于能量守恒定律,我们零零散散的换了一种方式继续存在着。


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