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1 # 毛勾三
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2 # 科學時空溢動
有質量的物體掉進黑洞會被加速到超光速嗎?
感覺很多人都會對這個問題產生一定的好奇,而雖然也有不少人已經知道宇宙中沒有任何其他東西能夠再超越光速,同時也更有人知道有質量的物體不可能達到光速,可為什麼還是會有人對此有所疑問呢?實際上最主要的原因無非就兩個:
第一,無論物體的質量又多大,黑洞均可以用其與物體質量相對應的引力來拉攏物體,也就是說,物體本身的質量越大,其所受到的引力也就越大;
第二,黑洞的引力是強大到連光線都無法逃逸的一種天體,可想而知,它能給有質量的物體施加多麼強大的作用力啊,依照牛頓第二定律F=ma就可以得知,有限質量為m的物體,其在近乎無限大的引力F的作用下,加速度a該有多大的值的,這麼大的值,難道連個光速都加速不到嗎?
對於以上這兩個原因,其實看起來像是挺有道理的,但是這道理並非真理,第一點中,質量越大的物體所受到的黑洞的引力越大是沒有問題的。第二點問題就很大了,很多人認為黑洞之所以“黑”是因為黑洞強大的引力將光給吸引住而造成的,其實這是一個嚴重的誤解,光的本身是不受引力作用的,無論引力有多大,它與光依舊不會發生任何作用,而光的本身跑不出黑洞完全是因為時空彎曲造成的而已。
牛頓力學在黑洞的世界,那是幾乎失效的,牛頓第二定律根本不可能在黑洞之中發揮作用,即便黑洞能給物體一個超大的引力作用,但是它也不可能會給物體一個超大的加速度,原因是物體的質量會隨著其速度的增大而增大,當物體的速度達到了亞光速後,它就沒辦法再升上去了。
為什麼有質量的物體在達到了亞光速後就沒辦法再升上去?原因就是所有的物體均會有一個慣性質量,有質量的物體越是接近於光速,其慣性質量也就越會趨向於無窮大。這個透過一條很著名的速度與質量的關係公式就可以很輕易的得出來。
當有質量的物體越接近於光速時,它就越擁有無限大的質量,這個時候,我們再透過物質動能的方式來看一下,Ek=1/2*mu^2,質量已經算是無限大了,而這個時候的物體速度u也接近了光速,即是它的值近乎等於c*c,也就是299792458*299792458,這是一個多麼巨大的數值啊,而且這個數值最終還要再乘上那麼幾乎無限大質量的m,這結果不就完全爆表,完全不合理了嗎?
加上物體從黑洞外界進入黑洞,最終陷入奇點之中,這段過程實際上就是引力勢能轉化為動能的一個過程,從這裡就可以看得出來,這個引力勢能是有限的啊,畢竟其探險是有一個明確的終點的,如果它真的可以加速到超光速,那難道它還會擁有遠遠大於其本身所具有的最大能量mc^2不成?
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3 # 睿讀西遊
在黑洞外面,取決於物質的形態。如果剛好是氣態物質繞著黑洞的吸積盤軌道,當單個原子以越來越快的速度碰撞,產生摩擦和熱量時,物質會被加熱到非常高的溫度。氣體越靠近黑洞和它的事件視界,越多的引力能被轉換成動力能,最終原子劇烈碰撞至剝離電子形成等離子體。全程電子以越來越高的能量放射光,首先是光輻射,然後是紫外線,之後是x射線。最後,在它穿過事件視界之前,是伽馬射線。
這裡是典型的計算下的吸積盤模型,在物理學家Kovak Zoltan舉的案例中,一個200萬太陽質量的黑洞的吸積質量為每100萬年2.5個太陽質量。即使是在巨大的黑洞周圍,溫度也非常高。這個黑洞的事件視界距離為500萬千米。橫軸上的第一個標記是 “5”,意思是視界半徑的5倍,或者說距離黑洞中心3000萬公里。這大約是太陽到水星的距離! 如果這個物質在被黑洞的引力捕獲的恆星裡,這個恆星的軌道在十幾億年裡會由於引力輻射的發射而減小。最終這個恆星將會很靠近黑洞,至於它的命運如何取決於捕獲它的黑洞的質量。如果它是個恆星質量級別的黑洞,黑洞的潮汐引力將會使這個恆星變形,從一個圓球體變成足球狀的物體,最終恆星最靠近黑洞的部分和後面部分的引力將會大到恆星不能保持自身為一個整體。它將被黑洞的引力撕碎,恆星的大部分質量將進入黑洞的吸積盤周圍。 如果這個黑洞的質量超過一百萬個太陽的質量,黑洞的潮汐引力即使很微弱經過的恆星也會在不被撕碎的情況下被捕獲到事件視界。恆星基本上被整個完全吃掉了,在恆星進入黑洞前恆星上的物質不會產生任何引人注目的輻射光線。下圖是這樣過程的藝術視角。 一旦在黑洞裡面,越過了事件視界,我們只能猜測懷疑被捕獲的物質的命運。相對論告訴我們有兩種型別的黑洞,一種是不旋轉的,另一種是旋轉的。每一種型別在事件視界裡都有不同的剖析結構。對於不旋轉的希瓦茲凱爾德黑洞,物質無法避免和奇點的碰撞。根據隨著物質移動的時鐘記錄的時間,在一個恆星級的黑洞物質只要幾微秒就到達奇點了,在一個超大質量的黑洞則需要幾小時。我們無法預測在奇點發生了什麼,因為相對論說我們到達了一個重力無限大的狀況下。對於旋轉的可爾黑洞,內部結構就更復雜了,對於一些新進軌道的物質,原則上可以避免與奇點碰撞,並且有可能從黑洞裡再次出現在其他地方,或者在進去時的幾千年或幾十億年後的不同將來出現。
一些外國理論你會完全地再出現在任何宇宙角落,但是物理學家認為那些解釋不準確。問題是對於真實物理事件創造的黑洞,黑洞內部充斥著使時空的幾何結構不穩定的重力輻射,阻止了這種旅行。對於最簡單不旋轉的希瓦茲凱爾德黑洞,所提供的也是難以想象的景象。
數學家說在事件視界外面,一個粒子通常會經歷空間和時間。這個粒子(還有你)能自由地沿著半徑R座標在空間中旅行,但是無法控制沿著時間T座標的程序。你可以透過高速旅行的時間膨脹效應加快或減慢速度,但是不能夠倒退回去。在事件視界有一些奇妙的事發生。我們用來表示時間和空間的數學變數R和T,在定義的分離時空的點上反轉它們的滾動。 這意味著空間座標R表現地像時間座標,因此你不能夠自由地行動並且奇點在R=0處不會被壓扁。同時你能夠沿著T軸自由移動就想在事件視界外面慣用的座標。對於來自超新星的希瓦茲凱爾德黑洞,你有另一個問題。數學中的事件視界之處現在物質內破裂後的很長一段時間內。事實上,這就是數學家所說的時空坍縮的漸進特性。意味著如果你掉到一個超新星形成的黑洞裡,坍縮將繼續在某個遙遠的恆星表面嘗試著穿過視界的框架裡,但是這個過程至今沒有完成。你在跌落的過程中,恆星的質量仍然在視界外面而黑洞還在構建中!時間膨脹效應在視界是如此極端,導致從遙遠的觀察者的點看恆星就像沒有在動就成為了一個時間靜止的黑洞。 從外面看,你要花很長時間才能真正到達地視界,但是如果從你的參照系看,只要一個小時甚至更少,這取決於你從哪裡開始!一旦你超過了視界裡面,到達奇點的時間近似於從視界距離自由落體的重力時間。對於一個變大質量的黑洞這要花幾個小時,但是一個太陽質量級別的黑洞只要約10微秒!
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4 # 天山我才
舊物理成過去,我們專注新物理吧:
《宇宙物理體系》簡介: 它全文9萬字,歷時6年完工。它對舊物理基礎概念定義作了一次全面檢查維修及重建。它以尋找物質基本性質即物性為突破口重建物理學。它增加了若干新的基礎概念定義。它完成了對宇宙大自然最基本最重要最普遍物象進行逐一解釋,且邏輯自洽。
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視界以內就不是人類已知的世界了。絕大理論都失效了,包括基本單位,距離也不是已知的距離,時間也不是已知的時間,光速再也不是30萬公里/秒……你問的問題,無法求證!