黑洞趣談——'如果吞下一勺黑洞會怎樣?'

說到黑洞,很多人都會覺著這麼高深的一個科學概念,咱們很難理解。實際上從科普的角度出發,拋開復雜艱深的數學推導、眼花繚亂的物理定律,原來黑洞的特性其實蠻簡單的,今天咱們就以一個腦洞大開的設想,來介紹一些黑洞的特有性質

黑洞趣談——'如果吞下一勺黑洞會怎樣?'

吃一勺黑洞

題目說到“一勺黑洞”,估計不少讀者會聯想到很多科普文章在介紹中子星時,為了形象的說明中子星密度之大,就會說一勺中子星物質,質量就會有上億噸之重。那麼現在我們說的一勺黑洞,它的質量會有多少呢?畢竟咱們得用手舉起來放到嘴了呀。

黑洞趣談——'如果吞下一勺黑洞會怎樣?'

黑洞

咱們就以恆星級黑洞的演化為例

要知道在恆星的演化週期中,按照質量不同,最終的結局會有三種:白矮星、中子星、黑洞,這三者的順序是按照恆星的質量從低到高排列的,對於我們的太陽而言,它的質量並不算高,因此最後將變為一顆白矮星。

對於白矮星而言,它保持穩定的前提是其內部的電子簡併壓能夠與引力相平衡,形象來說,就好比於一顆充滿氣的氣球,氣球皮時刻處於緊繃狀態,有著收縮體積的趨勢,而氣球內部的氣體卻不給氣球壓縮,二者處於一個平衡狀態。

相同的道理也適用於中子星,只不過中子星的密度要變的更大。

黑洞趣談——'如果吞下一勺黑洞會怎樣?'

恆星演化

但對於更大質量的恆星,在超新星爆發後留下的核心物質,它的物理狀態是無法使其成為一顆中子星的,因為引力過於強大,沒有什麼能與其抗衡,因此這部分物質會不斷的收縮體積,如果只考慮最簡單的情況,這些物質就會直到聚集到一個無體積的點上,這個點被稱為奇點

很顯然,根據中學學習的密度定義,奇點的密度是趨向於無窮大的, 而這個奇點恰恰就是黑洞的核心,如果說黑洞的本質就是奇點也不為過(上段提到的最簡單的情況,在這裡就是指史瓦西黑洞)

黑洞趣談——'如果吞下一勺黑洞會怎樣?'

但如此一來,一勺黑洞不就代表著整個黑洞的質量了嗎?似乎有些怪怪的,電視電影上的黑洞可沒有你說的那個什麼點,只有宇宙空間中一大團圓形的不發光黑色區域。

沒錯,這就說到點子上了,黑洞之所以叫做黑洞,最明顯的特性就是它不發光,因此人們描繪出的黑洞,經常就是空間上的一個圓形黑色區域。而這個黑色區域的半徑被稱為史瓦西半徑,其邊緣就被稱為事件視界(實際上它是立體的,因為史瓦西黑洞是球體形狀)

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史瓦西黑洞

外界物體一旦穿過事件視界,那麼就再也不可能逃出去,因為那裡的逃逸速度大於光速,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部逃出了,於是我們通常把這整個的黑色區域稱為黑洞,並且這樣一來黑洞的密度也就間接的被降低了。

由於黑洞的密度和其質量成反比,因此對於一些超大質量的黑洞,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量是個不確定的值,有可能極大,也可能極小

對於那些密度極低的黑洞,我們去挖一勺出來(就不糾結是怎麼挖的,然後又是怎麼帶出來的了),可能一瞬間就蒸發消失了,毫無感覺。

那麼對於那些密度極大的黑洞呢?

方便起見,我們就以地球為例,通過一些超高等文明的技術,我們成功的讓地球體積壓縮了,通過計算,我們發現在將地球的半徑壓縮至8.8毫米時,地球將會形成一個黑洞,而此時它的密度已經達到了驚人的每立方米2100億億億噸!

黑洞趣談——'如果吞下一勺黑洞會怎樣?'

但好在體積適當,一顆直徑17.6毫米的球體差不多可以用一個勺子端起(不糾結這個勺子到底是什麼神仙材質了)。

這時我們準備開吃,就在勺子從遠處不斷向我們靠近時,明顯感覺到整個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,簡單來說就是一個物體在受到引力源影響時,由於物體佔據空間體積的關係,各點到引力源的距離不一樣,因此每點受到的引力大小也是不一致的。

由於這顆黑洞的體積非常小,密度非常高,也就意味著人體各點受到的引力大小差異非常大,並且隨著距離的不斷縮減,這種差異在急劇升高,終於人體受不了這種撕扯,發生了斷裂破碎。

黑洞趣談——'如果吞下一勺黑洞會怎樣?'

最後我們身體的一部分被黑洞當做養料吸收了進去(但這點質量,基本上是可有可無的,雖然人的體積遠大於這顆黑洞,但黑洞實在啊,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,已逝的著名物理學家霍金教授告訴我們,黑洞也是有壽命的,並且它的壽命和其質量成正比,也就是質量越小的黑洞,壽命越短(這個結論建立在霍金輻射上)。

不過算下來的結果就比較尷尬了,一顆質量等於地球的小黑洞,它的壽命竟然達到了5.6*10^50年,而我們宇宙現在的年齡不過138億年,這整整是宇宙年齡的4億億億億億倍!

黑洞趣談——'如果吞下一勺黑洞會怎樣?'

不要傷心,雖然我們偷“雞”不成反蝕了自己,但慶幸於能量守恆定律,我們零零散散的換了一種方式繼續存在著。

本篇文章的內容到此結束。

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