宇宙 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!


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光速为宇宙最高速度,但会与引力发生作用。引力是什么?爱因斯坦告诉我们是时空弯曲,是物体质量的基本属性。意思就是,凡有质量的物体,都会对自己周边时空产生扰动,这种扰动就是会弯曲周边的时空,产生类似漩涡或者陷阱的场,这种导致物体相互靠拢和掉进对方陷阱的趋势,表现出来的现象就是相互吸引的引力。物体质量很小时,这种扰动和弯曲很小,在我们平常生活中很难感受出来。我们在地球上,除了地球引力可以吸引住地表一切,其他所有物体,比如一栋大厦、一座山,我们都感受不到它的引力。当物体质量一个星球级,这种时空扰动和弯曲就无法忽视了,其表现出的引力就会吸引住慢速的东西。当引力足够大时,快速的东西也会受影响。比如光在经过太阳时,也会被太阳巨大的引力拉弯,这种现象在1919年发生全日食时,就被英国专门组织的远征队观测所证实,得到太阳边缘处星光偏折1.66″±0.18″的结论,与爱因斯坦测算基本吻合。由此,爱因斯坦广义相对论风靡世界科学界。
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摆脱引力的唯一途径就是速度。时空弯曲形象比喻有点像我们生活中看到水中或者台风形成的漩涡,足够快速度的船或飞行物,就能够逃脱漩涡。其实要逃脱时空陷阱或漩涡的方法也只有一样,就是速度,只有速度足够快,就能够逃脱引力的控制。那么速度要多快才能够摆脱引力呢?这就需要根据引力定律来推算了。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。公式中F表示引力大小值,G为引力常量,M和m为引力作用双方两个大小物体质量,r为两个物体质点之间的距离。引力常量是两个1公斤的球体,质心相距1米距离的引力值,约等于6.67x10^-11N·m^2/kg^2。从这个公式我们可以看出,引力大小是与质量成正比的,与物体之间距离平方成反比的。根据这个定律,可以推算出逃离引力的速度,这就是逃逸速度,公式表述为:v=√(2GM/R)。这里,v为逃逸速度,G为引力常量,M为天体质量,R为天体半径。这个逃逸速度是指在天体表面上的逃逸速度,距离天体越远,所需逃逸速度则越小。根据公式我们可以计算出在地球表面,逃逸速度为11.2km/s,太阳表面逃逸速度为617.7km/s。
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最大的恒星引力能够拉住光线吗?从上面逃逸速度来看,质量越大的天体,逃逸速度就需要越大。真空光速为299792.458km/s,有什么样的天体需要这样大的逃逸速度呢?如果需要这么大的逃逸速度,光线才能够被拉住。但一般恒星的逃逸速度距离光速还是太远了,比如太阳,表面逃逸速度才617.7km/s,只是光速的1/485,因此光线飘过太阳时没有半点停顿,只是稍稍弯曲了一点点。那么更大质量的恒星能够抓住光吗?我们来看看迄今发现最大质量恒星r136a1的逃逸速度是多少。r136a1是坐落在大麦哲伦星系蜘蛛星云中的一颗恒星,距离我们16万多光年,其质量约太阳的265~315倍,半径约太阳的28.8~35.4倍。现在我们按照300倍太阳质量,半径30倍太阳这个参数,代入逃逸速度公式,来计算一下r136a1恒星的表面逃逸速度需要多大。
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太阳质量为1.9891x10^30kg,半径为696000km;300倍太阳质量为5.9673x10^32kg,30倍太阳半径为20880000km,代入公式计算:v=√{[2x(6.67x10^-11)x(5.9673x10^32)]/20880000000}≈1952547m由此算出r136a1表面逃逸速度为1952.547公里,与光速完全不在一个档次上,因此光线经过宇宙中最大的恒星,也还是只会弯曲一点点。要知道全宇宙的所有光都具有光速不变,光速恒定的性质,这样,r136a1当然也就拉扯不住自身发出的光线了。人都是依靠光来感知世界的,没有光就什么也看不到。正因为恒星根本吸引不住自身光线,才是我们能够看到所有恒星的原因。
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那么有没有能够锁住光线的天体呢?当然有,那就是黑洞。这是因为黑洞体积非常小,这才是问题的实质。而同等质量的物体比较,黑洞成了最小的那一个。黑洞的这种性质完全诠释了引力定律的精髓,即引力大小与质量成正比,与距离成反比。这里最需要理解的就是“距离”,因为引力大小是与距离平方呈衰减趋势的,因此靠近质点越近,引力就会变得也极端。

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