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黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度无限大体积无限小的天体。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。
1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild，1873～1916年）通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面，没有任何物质或信息能逃脱（但是量子力学允许一些例外，下次会讨论）。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇巴德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名为“黑洞”。
自然形成黑洞的前提是质量足够大，美国天文学家钱德拉塞卡预言:恒星核心质量小于太阳1.44倍的恒星将会演化为白矮星。核心质量大于1.44倍太阳质量而小于3.2倍太阳质量，整体为太阳8-15倍质量将演化为中子星，核心超过3.2倍太阳质量，演化为黑洞。关于恒星演化的详细过程可以去百度
再说黑洞之前先说下天体质量、逃逸速度和环绕速度以及他们之间的关系。地球的逃逸速度约是11.2km/s，环绕速度约是7.9km/s。环绕速度也是人造卫星的最小发射速度。
计算方法：万有引力提供向心力
GMm/R=mv/R
（G是引力常数，M是天体质量，m是卫星质量，R是绕行半径,v是速度）
解得：
v=√GM/R （手打公式，不太标准，GM/R都在根号内）
其中G=6.67x10^－11 N·m2 /kg2、地球质量 M=5.98×10^24 kg 、地球半径为6371.393千米
由公式得出卫星在近地轨道绕行需要7.9km/s（近地轨道半径取地球半径），小于这个速度，卫星就会落回地面。而距地球越远，所需的绕行速度越小，像月球的线速度约为1km/s。逃逸速度也同样适合，在越远的轨道，逃逸所需要的速度也越小
因为G是常数，所以无论是绕行速度还是逃逸速度，都只和天体质量和半径有关系（可进一步换算，得出逃逸速度和天体密度的关系）
而逃逸速大于光速的天体就称为黑洞，当然这里的逃逸速度也指的是近地轨道。而在距离黑洞一定距离后，逃逸速度也会降到光速以下
史瓦西半径
清楚上面的理论后，下面几点就简单多了:
第一： 诺兰导演的电影星际穿越中，主角飞船被黑洞所束缚，然后主角利用黑洞引力加速，再次逃逸出来的情况理论上是可行的。因为在距离足够远的时候，黑洞的绕行和逃逸速度是可以远小于光速的。前提是要飞船足够稳定，毕竟是科幻，不要太较真。
第二：任何有质量的物质都可以成为黑洞，只要物质密度足够大，半径足够小，在半径小到一定临界半径时，表面的逃逸速度大于光速，就产生黑洞。而这个临界值被卡尔·史瓦西在1916年首次发现，他发现这个半径是一个球状对称、不自转的物体的重力场的精确解。 一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。太阳的史瓦西半径约为3千米，地球的史瓦西半径只有约9毫米。
第三：自然形成黑洞需要只够大的质量，万有引力压缩自身，达到史瓦西半径。黑洞按大小分三类
1、超大质量黑洞：假如一个天体的密度为1000千克/立方厘米，而其质量约为1.5亿个太阳质量的话，它的史瓦西半径会超过它的自然半径，这样的黑洞被称为是超大质量黑洞绝。大多数今天观察到的黑洞的迹象来自于这样的黑洞。一般认为它们不是由星群收缩碰撞造，而是从一个恒星黑洞开始不断增长、与其它黑洞合并而形成的。一个星系越大其中心的超大质量黑洞也越大。
2、恒星黑洞：假如一个天体的密度为核密度(约1.5*10^12千克/立方厘米，相当于中子星的密度)而其总质量在太阳质量的三倍左右则该天体会被压缩到小于其史瓦西半径，形成一个恒星黑洞。
3、微黑洞:小质量的史瓦西半径也非常小。一个质量相当于喜马拉雅山的天体的史瓦西半径只有一纳米。目前没有任何可以想象得出来的原理可以产生这么高的密度。一些理论假设宇宙产生时会产生这样的小型黑洞（科幻小说《三体》中有多处人造微型黑洞的描述）。
黑洞
这么说来，其实黑洞也不那么神秘，只是密度足够大，逃逸速度足够大而已。
虽然黑洞的逃逸速度大于光速，但能逃出黑洞束缚的东西还是存在的，明天继续分享
本文选自：今日头条 |
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发表于 2018-7-25 22:42:17
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