问题:黑洞引力那么大,可以把原子撕碎吗?
答案是肯定的,黑洞不但撕碎了原子,还撕碎一切最小的粒子。 宇宙中存在着三种致密天体,即白矮星、中子星、黑洞,这三种天体都是以破坏原子结构为存在依据的。
白矮星这三种天体中,引力压最小的是白矮星,质量只能维持在1.44个太阳以下,体积约地球大小,密度达到每立方厘米1~10吨左右。在强大的引力压力下,原子的基本结构受到破坏,电子被压离了原子核成为自由电子。但白矮星的原子核与原子核之间并没有融合在一起,而是分别飘荡在电子海洋里。
这样一来,物质已经不是我们地球上所能保持的形态了,也就是已经不属于我们认识的118种元素了,而是属于高致密度的电子简并态物质。
中子星当白矮星质量超过太阳的1.44倍时,电子简并压就再也无法支撑巨大的引力压,原子进一步塌缩,电子被压缩到原子核里,与质子中和成为中子。这样原子核和电子就不存在了,整个星球就几乎都有中子组成,中子与中子密密匝匝的靠在一起,整个星球就是一个巨大的中子核。
这时的星球依靠中子简并压支撑着有形的存在,物质更不是我们认识的118种元素了,是一种极端致密的中子简并态物质,密度达到每立方厘米1~20亿吨。
因此我们可以认为,等不到天体形成黑洞,白矮星和中子星就已经把原子撕碎了。它们之所以没有进一步压缩,是因为泡利不相容原理。
何谓泡利不相容原理?泡利不相容原理是美籍奥地利科学家、物理学家沃尔夫冈·泡利1925年1月发现并提出的,为此他获得了1945年诺贝尔物理学奖。这个原理揭示了微观粒子运动的一个基本规律,即在费米子组成的系统中,不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态,通俗一点说,就是费米子粒子不能够挤在一起,它们会相互排斥,由此产生排斥的压力。
何谓费米子?就是自旋为半奇数的粒子统称为费米子,电子、质子、中子都属于费米子。这样它们都满足泡利不相容原理,就是不允许两个以上的同类出现在相同的量子态中。
这种相互排斥的压力,越到深层次越厉害,白矮星和中子星,以及尚没有发现的夸克星,就是依靠这种压力抵御巨大的重力压而以特殊至密物质形态存在。不同质量的恒星,最终的结局有的成为白矮星,有的成为中子星。
一般来说,太阳质量左右的恒星死亡后,核心会留下一个白矮星;而大于太阳质量8倍,到太阳质量30或40倍的恒星,死亡时会发生超新星大爆发,最终核心部分留下一颗中子星。白矮星、中子星物质虽然不再是我们认识的118种元素了,但毕竟还是有形的可见的物质,如果压力再大的话,这种有形状态就再也保不住了。
黑洞的力量把所有物质都化为乌有。科学研究认为,当中子星质量超过太阳约3倍时,巨大的引力压就会战胜中子简并压,使中子星再也保持不了其有形的形态了,中子也被压碎压瘪,形成无限坍塌,最终所有物质都坍塌到黑洞核心那个奇点里。
一般认为黑洞中心有个奇点,这个奇点是一种我们无法理解的奇异状态,人类只能推导出它有四个特点,就是体积无限小、密度无限大、温度无限高、曲率无限大。其实这四个无限都是由第一个“体积无限小”引申出来的。
何谓无限小?现在宇宙中发现的最小黑洞在3个太阳质量以上,而不管是3个太阳质量,还是迄今发现的最大黑洞SDSS J140821.67+025733.2的1960亿倍太阳质量,都压缩到了中心那个无限小的奇点里。何谓无限小?就是比一个原子、一个电子还要小,比普朗克尺度还要小。
何谓普朗克尺度?就是量子力学认为人类可能认识的最小尺度,为1.6*10^-35米,比原子还要小10亿亿亿倍。请问此刻还有原子存在吗?那么里面是什么呢?不知道,人类现在不知道,将来也可能永远难以知道。因为科学家们认为,奇点不是我们世界的物质了,而是一个超时空的虚无点。
既然无法衡量之小的玩意,承受着这么巨大的质量和热量,这后面三个无限就可想而知了。而所谓曲率无限大,就是引力无限大的意思,一切物质一旦到了黑洞管辖范围,都要被吞噬,连每秒30万千米的光也无法逃脱。但这个无限引力是有范围局限的,这个范围就是根据黑洞质量形成的史瓦西半径。
这个半径的计算公式为:R=2GM/C^2。这里的R就是史瓦西半径,G为引力常数,M为黑洞质量,C为光速。
黑洞无毛但可现形。我想,看了时空通讯不厌其烦的介绍,各位应该知道了黑洞是个啥玩意了吧?总结一下:黑洞是宇宙中的顶级尸骸,是通吃一切的恶魔,它不但撕碎了原子,还连一个粒子也不会留下,将一切化为乌有。它留在我们世界的就只有三个物理量,即:质量、角动量、电荷。
霍金最伟大的贡献之一就是严格证明了黑洞无毛理论。何谓黑洞无毛?就是无论什么黑洞,都是一样的,没有什么不同特点,一根毛的不同特点都没有,只有前面所说的三个物理量。
黑洞本来是隐形的,一丝光也不会露出。但人类就是依靠黑洞留在我们世界的三个物理量来发现和认识黑洞,这三个物理量影响着周边的天体物质,人们通过这些天体物质的变化可以计算出黑洞的存在和大小,并为它画像。
2017年4月10日,科学家公布了一颗名为M87星系黑洞的照片,这个黑洞距离我们5500万光年,质量为太阳的65亿倍。这是人类首次拍下黑洞的样子,全球许多科学家协作努力,联网形成一个口径相当地球大小的射电望远镜阵列,经过两年努力才得到了这张照片。(见上图)
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
黑洞的形成就是原子不断破碎的过程 ,在恒星的演化过程中,恒星的残骸不断的塌缩,对于黑洞来讲,即使是中子简并压力也无法阻止向内的引力,里面的基本粒子都会破碎成我们现代物理所无法想象的成分,最终坍缩成为一个奇点的黑洞。
而恒星残骸在1.44 至3倍太阳质量时,电子简并压无法支撑引力,从而继续塌缩,电子与核内的质子结合形成中子,依靠中子间的简并压力来抵抗引力,从而形成中子星。
而当恒星残骸大于3倍太阳质量时,中子的简并压力也不能抵抗引力了,中子也会破碎,整个天体会进一步急剧的坍缩,形成体积无限小的奇点。黑洞其引力巨大,甚至连光都无法逃脱,被黑洞吞噬的物质也随之破碎。
目前对黑洞的了解还是很初步,还无法判断黑洞吞噬的物质和信息到底会不会消失,还有些人认为黑洞吞噬的物质还会从所谓白洞喷出,形成虫洞,这些白洞和虫洞当然还是无法验证的假想理论。
欢迎关注量子实验室,评论里请留下您的见解。 宇宙间引力最大的天体类型就是黑洞了,它是唯一能让秒速30万公里的光都无法逃脱的事物,任何物质来到它的面前,都会瞬间被它秒成渣渣。
一滴水的体积和质量都很小,然而一滴水中却有1.6万亿亿个水分子,每个水分子又有一个氧原子和两个氢原子组成,所以原子的数量还要在这个数字上乘以3,也就是说可达4.8万亿亿个原子,可见每一个原子有多么的渺小。然而在白矮星上,这些原子间的空隙以及原子里面的空间将被严重压缩,电子几乎紧贴原子核流动,这滴水将小到只有用显微镜才能看到。
如果在中子星上,就连电子都会被压缩到质子里面,成为一个个紧密排列的中子,体积将被进一步缩小。
而如果是在夸克星上,那么就连中子都会被压碎,成为组成中子的夸克的状态,其体积当然会更小。
而如果是在黑洞中,那么连夸克也不能存在,就别提原子这样级别的物质了,肯定会被撕碎揉烂虐成渣渣,目前我们甚至无法猜测黑洞中的物质被撕碎压缩到了什么程度。
上面提到的几种大密度天体中,相比较而言,通俗的讲白矮星相当于是密集挤压的无数原子核,中子星则可以看作是一个巨大的原子核,只是这个原子核是个中子团而已,但是夸克星就更小了,我们可以把它认作是一个巨大的中子。那么黑洞呢?一般认为黑洞的物质都集中在理论上认为存在的奇点上,这个奇点的体积有多小呢?数学上认为体积为0,这无疑会让人无法相信,其实不但是我们普通人难以理解,很多科学家也难以相信,所以常常把黑洞的奇点解释为体积无限小而密度无限大,在这个小小的奇点上,我们通常所讲的基本粒子都将难以正常存在,那里的一切还都不为人知。