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黑洞是現(xiàn)代廣義相對論中，宇宙空間內(nèi)存在的一種密度無限大體積無限小的天體。黑洞的引力很大，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。 1916年，德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild，1873～1916年）通過計(jì)算得到了愛因斯坦引力場方程的一個(gè)真空解，這個(gè)解表明，如果將大量物質(zhì)集中于空間一點(diǎn)，其周圍會產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象，即在質(zhì)點(diǎn)周圍存在一個(gè)界面——“視界”一旦進(jìn)入這個(gè)界面，沒有任何物質(zhì)或信息能逃脫（但是量子力學(xué)允許一些例外，下次會討論）。這種“不可思議的天體”被美國物理學(xué)家約翰·阿奇巴德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名為“黑洞”。 自然形成黑洞的前提是質(zhì)量足夠大，美國天文學(xué)家錢德拉塞卡預(yù)言:恒星核心質(zhì)量小于太陽1.44倍的恒星將會演化為白矮星。核心質(zhì)量大于1.44倍太陽質(zhì)量而小于3.2倍太陽質(zhì)量，整體為太陽8-15倍質(zhì)量將演化為中子星，核心超過3.2倍太陽質(zhì)量，演化為黑洞。關(guān)于恒星演化的詳細(xì)過程可以去百度 再說黑洞之前先說下天體質(zhì)量、逃逸速度和環(huán)繞速度以及他們之間的關(guān)系。地球的逃逸速度約是11.2km/s，環(huán)繞速度約是7.9km/s。環(huán)繞速度也是人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。 計(jì)算方法：萬有引力提供向心力 GMm/R2=mv2/R （G是引力常數(shù)，M是天體質(zhì)量，m是衛(wèi)星質(zhì)量，R是繞行半徑,v是速度） 解得： v=√GM/R （手打公式，不太標(biāo)準(zhǔn)，GM/R都在根號內(nèi)） 其中G=6.67x10^－11 N·m2 /kg2、地球質(zhì)量 M=5.98×10^24 kg 、地球半徑為6371.393千米 由公式得出衛(wèi)星在近地軌道繞行需要7.9km/s（近地軌道半徑取地球半徑），小于這個(gè)速度，衛(wèi)星就會落回地面。而距地球越遠(yuǎn)，所需的繞行速度越小，像月球的線速度約為1km/s。逃逸速度也同樣適合，在越遠(yuǎn)的軌道，逃逸所需要的速度也越小 因?yàn)镚是常數(shù)，所以無論是繞行速度還是逃逸速度，都只和天體質(zhì)量和半徑有關(guān)系（可進(jìn)一步換算，得出逃逸速度和天體密度的關(guān)系） 而逃逸速大于光速的天體就稱為黑洞，當(dāng)然這里的逃逸速度也指的是近地軌道。而在距離黑洞一定距離后，逃逸速度也會降到光速以下 史瓦西半徑 清楚上面的理論后，下面幾點(diǎn)就簡單多了: 第一： 諾蘭導(dǎo)演的電影星際穿越中，主角飛船被黑洞所束縛，然后主角利用黑洞引力加速，再次逃逸出來的情況理論上是可行的。因?yàn)樵诰嚯x足夠遠(yuǎn)的時(shí)候，黑洞的繞行和逃逸速度是可以遠(yuǎn)小于光速的。前提是要飛船足夠穩(wěn)定，畢竟是科幻，不要太較真。 第二：任何有質(zhì)量的物質(zhì)都可以成為黑洞，只要物質(zhì)密度足夠大，半徑足夠小，在半徑小到一定臨界半徑時(shí)，表面的逃逸速度大于光速，就產(chǎn)生黑洞。而這個(gè)臨界值被卡爾·史瓦西在1916年首次發(fā)現(xiàn)，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)半徑是一個(gè)球狀對稱、不自轉(zhuǎn)的物體的重力場的精確解。 一個(gè)物體的史瓦西半徑與其質(zhì)量成正比。太陽的史瓦西半徑約為3千米，地球的史瓦西半徑只有約9毫米。 第三：自然形成黑洞需要只夠大的質(zhì)量，萬有引力壓縮自身，達(dá)到史瓦西半徑。黑洞按大小分三類 1、超大質(zhì)量黑洞：假如一個(gè)天體的密度為1000千克/立方厘米，而其質(zhì)量約為1.5億個(gè)太陽質(zhì)量的話，它的史瓦西半徑會超過它的自然半徑，這樣的黑洞被稱為是超大質(zhì)量黑洞絕。大多數(shù)今天觀察到的黑洞的跡象來自于這樣的黑洞。一般認(rèn)為它們不是由星群收縮碰撞造，而是從一個(gè)恒星黑洞開始不斷增長、與其它黑洞合并而形成的。一個(gè)星系越大其中心的超大質(zhì)量黑洞也越大。 2、恒星黑洞：假如一個(gè)天體的密度為核密度(約1.5*10^12千克/立方厘米，相當(dāng)于中子星的密度)而其總質(zhì)量在太陽質(zhì)量的三倍左右則該天體會被壓縮到小于其史瓦西半徑，形成一個(gè)恒星黑洞。 3、微黑洞:小質(zhì)量的史瓦西半徑也非常小。一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于喜馬拉雅山的天體的史瓦西半徑只有一納米。目前沒有任何可以想象得出來的原理可以產(chǎn)生這么高的密度。一些理論假設(shè)宇宙產(chǎn)生時(shí)會產(chǎn)生這樣的小型黑洞（科幻小說《三體》中有多處人造微型黑洞的描述）。 黑洞 這么說來，其實(shí)黑洞也不那么神秘，只是密度足夠大，逃逸速度足夠大而已。 雖然黑洞的逃逸速度大于光速，但能逃出黑洞束縛的東西還是存在的，明天繼續(xù)分享 |
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