在地球上,我们可以看到太阳东升西落,这是因为地球在自转。与此同时,地球还会环绕太阳公转,这是造成地球季节更替的原因。在过去的45亿年里,太阳一直为地球提供光和热,所以生命才能在地球上繁衍生息。
如果把太阳换成质量相等的黑洞,或者把太阳压缩成黑洞,这会给地球带来什么变化呢?地球会被黑洞摧毁吗?
黑洞可谓是宇宙中最为极端的天体之一。它们之所以称之为黑洞,是因为它们的极端引力可以让光有去无回,我们无法在任何电磁波段看到黑洞,黑洞完全是至暗的天体。
根据广义相对论,黑洞并没有一种实体表面,其质量全部集中在中心的奇点,这个奇点被一片极度扭曲的空间所包围。一旦物质和光穿过黑洞的事件视界,就不再会逃脱出来。
不过,人类还是在2019年首次捕捉到黑洞的照片,这是因为一些大质量黑洞的周围存在发光的吸积盘,由此可以映衬出黑洞的存在。
宇宙中的恒星级黑洞都是从死亡的大质量恒星坍缩而来。根据奥本海默极限,恒星级黑洞的质量下限是3倍太阳质量,因为质量太低就无法坍缩成黑洞,而是形成中子星或者白矮星。
虽然恒星不会自发地坍缩形成与太阳一样重的黑洞,但宇宙中可能存在质量很小的黑洞。在宇宙的极早期,整个宇宙的物质和能量聚集在很小的空间中,密度波动可能会引发某些超高密度区域坍缩成黑洞,这就是原初黑洞。这种黑洞的质量可以很小,并且有可能还存在于现在的宇宙中。
或者也可以直接把太阳压缩成黑洞,根据史瓦西半径公式:
由此可见,无自旋黑洞的大小只取决于自身质量。计算可得,当太阳的半径从70万公里压缩为2.95公里时,太阳将会不可逆转地坍缩成黑洞。在这种情况下,地球以及整个太阳系都会被黑洞吸进去吗?
其实不然。太阳变成黑洞之后,只是密度和体积发生了变化,但质量并没有改变。根据万有引力定律,引力的大小取决于质量和距离。因此,黑洞对地球的引力与太阳对地球的引力是一样的,这意味着地球还是会环绕黑洞旋转,而不是被黑洞吸进去,或者被黑洞的引力撕毁,其他天体亦是如此。
只有足够靠近黑洞表面时,其引力才会变得十分极端。尤其是质量较小的黑洞,它们可以产生强大的潮汐力,使得靠近黑洞的物体的不同部分承受巨大的引力差异,导致物体被扯碎掉。
因此,如果太阳变成黑洞,地球以及太阳系其他天体的运动都不会改变,还是会按照原有的轨道运动。只是没有了太阳光所带来的热量,整个地球将会被冰封,温度将很快会下降到零下两百度,不再适合生命生存。