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宇宙中最大质量恒星引力有多大,可以拉住自己发出的光吗?

  光速是宇宙的最高速度,但它与引力有关。
  什么是引力?爱因斯坦告诉我们时空弯曲是物体质量的基本属性。这意味着所有高质量的物体都会扰动周围的时间和空间。这种干扰是指弯曲周围的时间和空间,产生类似漩涡或陷阱的场地。这种场地导致物体相互靠拢,落入对方陷阱的趋势。现象是相互吸引的引力。
  当物体质量很小时,这种干扰和弯曲很小,在我们的日常生活中很难感觉到。在地球上,除了地球的引力,我们可以吸引地表上的一切,其他所有物体,如建筑和山,我们感觉不到它的引力。当物体质量达到星球级时,这种时空扰动和弯曲不容忽视,其引力会吸引缓慢的东西。
  当引力足够大时,快速的东西也会受到影响。例如,当光线通过太阳时,它也会被太阳的巨大引力弯曲。当1919年全日食发生时,英国专门组织的远征队观察证实了这一现象,得出了太阳边缘星光偏转1.66英镑±0.18英镑的结论,与爱因斯坦的计算基本一致。
  因此,爱因斯坦广义相对论风靡世界科学界。
  摆脱引力的唯一方法就是速度。
  时空弯曲的形象比喻有点像我们在生活中看到水或台风形成的漩涡足够快的船或飞行物可以逃离漩涡。其实逃离时空陷阱或者漩涡的方法只有一样,就是速度,只有速度足够快,才能逃离引力的控制。
  那么速度要多快才能摆脱引力呢?这需要根据引力定律来计算。
  引力定律是牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》一书中创立的,简单表述为:F=GMm/r^2。F在公式中表示引力值,G为引力常量,M和m为引力作用双方两个大小物体的质量,r为两个物体质点之间的距离。
  引力常量为两个1公斤的球体,质心距离1米的引力值约为6.67x10-11Nm2/kg2。
  从这个公式可以看出,引力与质量成正比,与物体之间的距离成正比。根据这一规律,可以计算出逃生引力的速度,即逃生速度,公式为:v=√(2GM/R)。
  在这里,v是逃逸速度,G是引力常量,M是天体质量,R是天体半径。这种逃逸速度是指天体表面的逃逸速度。离天体越远,所需的逃逸速度就越小。
  根据公式,我们可以计算地球表面的逃逸速度为11.2km/s,太阳表面的逃逸速度为617.7km/s。
  恒星引力最大能拉光吗?
  从以上逃逸速度来看,天体质量越大,逃逸速度越大。真空光速为29992.458km/s,什么样的天体需要这么大的逃逸速度?假如需要这么大的逃逸速度,光线才能被拉住。但是一般恒星的逃逸速度离光速还是太远了,比如太阳,表面逃逸速度只有617.7km/s,只有光速的1/485,所以光线飘过太阳时没有停顿,只是稍微弯曲一下。
  那么更大质量的恒星能抓住光吗?我们来看看r136a1最大质量恒星的逃逸速度。r136a1是位于大麦哲伦星系蜘蛛星云中的一颗恒星,距我们16万多光年,其质量约为太阳的265~315倍,半径约为太阳的28.8~35.4倍。
  现在我们根据300倍的太阳质量和30倍的半径来计算r136a1恒星的表面逃逸速度。
  太阳质量为1.9891x10^30kg,半径为69600km,300倍太阳质量为5.9673x10^32kg,30倍太阳半径为2088000km
  v=√{2x(6.67x10^-11)x(5.9673x10^32)]/20880000}≤1952547m。
  由此可以计算出,r136a1的表面逃逸速度为1952.547公里,与光速完全不同,因此光线通过宇宙中最大的恒星只会稍微弯曲。要知道整个宇宙的所有光都具有光速不变、光速恒定的性质,所以r136a1当然不能拉自己的光。
  人们依靠光来感知世界,没有光什么也看不见。正是因为恒星根本吸引不了自己的光,才能看到所有的恒星。
  有没有能锁住光线的天体?
  当然,那是黑洞。但是拉光也是有条件的,就是在黑洞的史瓦西半径内。黑洞不让一丝光离开自己,所以人们看到的是一个黑色的洞,什么都没有。有人会问,有些黑洞没有恒星质量大,为什么引力这么大?
  这是因为黑洞很小,这是问题的本质。与同等质量的物体相比,黑洞成为最小的。黑洞的本质完全诠释了引力定律的本质,即引力大小与质量成正比,与距离成反比。这里最需要理解的是距离,因为引力大小与距离平方呈衰减趋势,所以质点越近,引力就会变得极端。
  白矮星、中子星、黑洞等极端天体是天体表面越来越接近质心的天体,比一个引力更极端。例如,中子星,一颗约为太阳质量3倍的中子星,其半径只有15公里左右,只有太阳半径的46400分之一。也就是说,这颗中子星的表面距离质心只有15公里,所以它的引力成为平方指数增强。让我们计算一下中子星表面的逃逸速度:
  v=√{2x(6.67x10-11)x(5.9673x10^30)]/1500}=230367506m。
  可见,太阳质量三倍的中子星,如果缩小到15km半径,其表面逃逸速度需要23万km/s,即将达到光速。
  黑洞表面为史瓦西半径临界面。
  根据奥本海默极限理论,当中子星的质量达到太阳的3倍左右时,中子简并压无法支撑本体巨大的引力收缩压,进一步坍塌,最终坍缩成黑洞。任何物体坍缩到自身质量的史瓦西半径,所有物质都会无限落在中心无限小的奇点上,这就是黑洞。
  史瓦西半径是任何物体质量的临界半径,是围绕奇点形成的球形空间,其大小与质量成正比。在这个半径球形空间中,中心奇点具有无限的曲率,即时空陷阱或漩涡会无限弯曲,表现出无限的引力。所以在这个范围内,任何物质都逃不掉,只会无限坠落,即使物体达到光速,也就是说光也逃不掉。
  这个史瓦西半径有多大?计算公式为:R=2GM/C^2。
  公式中,R为史瓦西半径值,G为引力常量,M为天体质量,C为光速。
  按公式计算,地球史瓦西半径约9毫米;太阳史瓦西半径约3000米,而一个3倍太阳质量的黑洞,史瓦西半径约9公里。
  无论什么天体,只要质量相等,理论上引力都是一样大的。
  黑洞引力不违反引力定律原则。同等质量的黑洞和同等质量的恒星一样大。问题是黑洞的史瓦西半径太小,接近质量核心。如果太阳变成黑洞,在离其核心3000米的地方逃逸速度达到光速;但是太阳表面离核心69.6万公里,当然引力衰减很大,逃逸速度只有光速的1/485。
  因此,如果一个太阳大的黑洞在我们地球轨道上距离太阳1.5亿公里,它的引力与太阳相同。

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