點解黑洞引力咁大?(十點)

黑 洞

在 超 新 星 爆 發 後 ， 如 果 恆 星 剩 餘 質 量 超 過 3 個 太 陽 質 量 ， 中 子 簡 併 壓 力 亦 不 足 以 抵 抗 向 內 的 引 力 ， 這 時 在 已 知 的 物 理 理 論 裡 面 ， 再 沒 有 更 強 的 力 能 足 以 與 引 力 一 決 雌 雄 ， 恆 星 只 可 以 不 斷 塌 縮 ， 成 為 黑 洞 。

如 我 們 把 一 顆 石 塊 向 上 拋 ， 它 會 很 快 跌 回 地 面 ， 我 們 用 點 勁 拋 ， 它 會 飛 得 高 一 點 ； 假 若 再 加 把 勁 ， 令 石 塊 向 上 速 度 達 逃 逸 速 度 ， 它 便 會 直 衝 出 宇 宙 ， 一 去 不 返 。

恆 星 質 量 越 大 ， 體 積 越 小 ， 引 力 的 羈 絆 便 越 大 ， 所 需 逃 逸 速 度 亦 越 高 。 另 一 方 面 ， 愛 恩 斯 坦 的 相 對 論 斷 言 宇 宙 中 最 高 的 速 度 便 是 光 速 ， 所 以 如 所 需 的 逃 逸 速 度 大 於 光 速 ， 那 麼 宇 宙 中 包 括 光 在 內 的 一 切 都 不 可 能 逃 離 引 力 的 魔 掌 ， 這 顆 恆 星 便 成 為 黑 洞 。

不 了 解 廣 義 相 對 論 ， 便 不 能 真 正 了 解 黑 洞 。 廣 義 相 對 論 的 中 心 思 想 是 質 量 會 扭 曲 其 附 近 的 時 空 ， 質 量 越 大 ， 影 響 越 明 顯 。 牛 頓 力 學 認 為 月 球 繞 地 球 旋 轉 ， 是 因 為 月 球 受 到 地 球 引 力 的 吸 引 ； 但 廣 義 相 對 論 的 說 法 則 是 地 球 的 質 量 扭 曲 了 附 近 的 時 空 ， 月 球 在 不 平 坦 的 時 空 以 最 自 然 的 方 式 運 行 ， 結 果 走 出 了 一 條 繞 著 地 球 轉 的 曲 線 ， 情 況 就 如 彈 珠 在 不 平 坦 的 地 面 走 ， 會 左 搖 右 擺 一 樣 。 同 樣 道 理 ， 光 線 在 通 過 大 質 量 物 質 附 近 時 ， 亦 不 會 以 直 線 運 行 。


黑 洞 是 引 力 極 強 之 地 ， 光 線 路 徑 扭 曲 的 程 度 ， 足 以 令 光 線 無 法 逃 跑 。 在 黑 洞 附 近 ， 光 線 ( 包 括 宇 宙 所 有 其 他 物 質 ) 能 否 逃 離 的 分 水 嶺 稱 為 事 件 穹 界 。 為 甚 麼 叫 事 件 穹 界 呢 ？ 原 因 很 簡 單 ， 由 於 在 事 件 穹 界 之 內 的 一 切 皆 不 能 逃 離 ， 所 以 在 這 個 界 限 以 內 發 生 的 一 切 ， 將 永 遠 不 能 為 人 所 知 ， 事 件 穹 界 便 是 事 件 能 為 人 所 探 知 的 極 限 。 對 於 一 個 史 瓦 西 黑 洞 ﹐ 即 一 個 並 不 自 轉 和 不 帶 電 的 黑 洞 ﹐ 事 件 穹 界 的 半 徑 稱 為 史 瓦 西 半 徑 (RS) ， 數 值 的 大 小 只 取 決 於 黑 洞 的 質 量 。


R S = 2 G M / c 2
公 式 中 的 M 是 黑 洞 的 質 量 ， G 是 引 力 常 數 ， c 是 光 速 。 太 陽 質 量 的 黑 洞 的 史 瓦 西 半 徑 約 為 3 公 里 。 在 史 半 瓦 西 半 徑 以 內 的 範 圍 ， 被 定 義 為 黑 洞 所 佔 有 的 空 間 。


我 們 稱 黑 洞 中 心 為 奇 點 ， 很 多 人 以 為 奇 點 是 一 個 半 徑 等 於 零 但 密 度 無 限 大 的 地 方 。 其 實 ， 比 較 正 確 的 說 法 是 我 們 根 本 不 知 道 那 裡 是 甚 麼 一 回 事 ， 因 為 我 們 所 知 的 一 切 物 理 定 律 根 本 不 適 用 於 情 況 如 此 極 端 的 地 方 。

在 事 件 穹 界 之 外 ， 有 一 個 稱 為 光 子 球 層 的 球 狀 區 域 。 在 這 裡 ， 只 要 光 線 是 以 切 線 方 式 擦 過 光 子 球 層 ， 便 會 被 黑 洞 引 力 俘 獲 ， 沿 著 這 球 層 像 衛 星 一 樣 永 遠 繞 著 黑 洞 旋 轉 。 黑 洞 的 可 怕 引 力 會 隨 著 距 離 遞 減 ， 事 實 上 假 若 我 們 的 太 陽 突 然 變 成 一 個 黑 洞 ， 地 球 並 不 會 感 到 太 陽 的 引 力 有 甚 麼 不 同 ， 仍 舊 會 依 著 同 一 軌 道 繞 著 太 陽 旋 轉 。



點解黑洞引力咁大，請看廣 義 相 對 論。

如果用太陽去同黑洞引力鬥，這要視乎兩個的體積，很多都大過太陽。


　

引力大是因為質量大──引力不取決於體積, 而是質量

不太明白 "引力鬥", 若你指兩者間的引力
則因為黑洞作用在太陽的引力和太陽作用在黑洞的力為一對作用力和反作用力
兩者大小相同
若你指兩者分別對第三者的引力, 則除了質量外
還要視乎第三者與太陽或黑洞的距離來決定引力大小

如果你接近黑洞的中心，黑洞的引力效應——「潮汐力」，會把任何物體撕碎，這過程稱為意大利粉化。

會通去邊?
正常來說是不能通到其他地方的，只會墜入黑洞奇點，成為黑洞的一部分。

但亦有人認為墜入黑洞後會穿過蟲洞（又稱灰道）並由稱為「白洞」的地方出來。
簡單的來說，白洞可以說是時間呈現反轉的黑洞。
進入黑洞的物質，最後應會從白洞出來，出現在另外一個宇宙。
由於具有和「黑」洞完全相反的性質，所以叫做「白」洞。
目前天文學家已經實際找到黑洞，但白洞並未真正發現，還只是個理論上的名詞。
所以白洞的存在性還有待商確……

甚麼是黑洞？
黑洞是一個大質量恆星死去後的殘骸，是一個重力極大的天體。
黑洞內任何物質都不能從裡面跑出來，甚至是光都不例外，所以是一顆渿黑的天體，因而得名為黑洞。

黑洞之始篇——黑洞的形成
當一顆質量相當大的星體的核能耗盡死亡時，恆星的殘骸可能會形成黑洞，而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸。
當恆星核的燃料耗盡，核反應停止，沒有任何力足以去抵抗引力，平衡態不再存在，這星體將全面塌縮，成為白矮星，這是其中一種致密態，這種是以泡利不相容原理，電子（費米子的一種）便產生出一種巨大的內部量子壓力，阻止了粒子繼續壓縮；
根據推算，白矮星不能支持大於太陽1.4倍（原恆星質量為太陽質量的十倍）的質量，如果大於這臨界值，泡利不相容原理所產生的排斥力已不能再抵抗引力，恆星便可以違背泡利不相容原理繼續壓縮下去，形成中子星——以中子之間的電磁力來阻止收縮；
但若超新星爆炸後殘骸的總質量大於三倍太陽的質量，那麼連中子之間的電磁壓力也不能平衡重力，星體將塌縮至它的重力半徑範圍之內。
這時，引力之大足以使一切粒子，都被引回星體本身，化為體積為零的點——奇點，再也不能逃脫。
有些黑洞是在宇宙形成時亦跟著形成的，這些黑洞稱為原初黑洞，這些黑洞的質量可以很低，在黑洞之消逝篇會向大家解釋。

黑洞之結構篇——黑洞的邊界和內部空間
當一個黑洞形成後，塌縮還會進行下去，所有物質會無可避免，所有質量將集中在一個體積為零的質點，稱為奇點。
黑洞的表面層稱為事件穹界（視界），而這表面層和中心奇點的距離就是史瓦西半徑。
任何物質要從黑洞的史瓦西半徑跑到外面去，它的逃離速度便要大於光速。但根據狹義相對論，光速是速度的極限。
重力龐大得連光線也逃不出去，光線和任何物質都只能從視界外部進入其內部，而無法從裡邊逸出。
這個視界的裡邊就是黑洞，所以視界便是黑洞大小的邊界象徵。

黑洞之種類篇——黑洞無毛？
目前公認的理論認為，黑洞只有三個物理量有意義：質量、電荷、角動量（轉速）。
也就是說：對於一個黑洞，一旦這三個物理量確定下來了，這個黑洞的特性也就確定了，這稱為黑洞的無毛定理。
由於黑洞一定有質量，所以可造成不同類形黑洞的因素只有電荷和角動量，黑洞因而可以只分為四類：
沒有旋轉和沒有電荷的黑洞：史瓦西黑洞，這是一種理想化的黑洞，實際上應該沒甚麼可能會出現；
有旋轉但沒有電荷的黑洞：克爾黑洞，這種黑洞應該最為普遍，因為星體的收縮會加速旋轉，而大部分星體都會自轉，所以會自轉的黑洞也應該也很多；
沒有旋轉但有電荷的黑洞：帶電黑洞，雖然黑洞保留部分原恆星電荷，但由於黑洞可以在很短的時間裡捕獲足夠另一電荷的粒子而成為電中性，所以一個這種黑洞的電量亦小至可以完全忽略其天體物理效應；
有旋轉和電荷的黑洞：克爾－紐曼黑洞，由於電荷的影響極微，所以它亦可看作克爾黑洞來處理。

黑洞之消逝篇——黑洞會蒸發
因為宇宙的擴張，溫度便會下降，根據熱力學，溫度較高的物體的能量會流向溫度較低的物體。
由於黑洞也有溫度，根據量子力學的測不準原理，黑洞的質量會慢慢地以霍金輻射的形式離開黑洞，黑洞便會縮小和減少質量，所以當黑洞中的所有物質都離開了黑洞後，黑洞便會消失。
以現今的宇宙整體溫度來說，只有質量小於月球的黑洞才能散失能量，而其他黑洞都是在吸收宇宙的能量而增大自己的尺度。

黑洞之死亡篇——黑洞的消失
黑洞蒸發到後期會加速進行，以至於在一次像是猛烈的放射後消失殆盡。
黑洞的其中一個性質是溫度和質量成反比。
當黑洞的質量去到小行星那麼低時，溫度便有6000度，並放出可見光；
當黑洞的質量去到十億噸（大約為一座山的質量）時，大小只有一個質子般，溫度便高於10^12度，這時的輻射便是由伽瑪射線光子和大質量基本粒子混合組成；
當黑洞的質量去到很低時，黑洞便會以劇烈的爆發來了結自己的生命，而它在最後0.1秒裡釋放的能量相當於一百萬顆百萬噸級氫彈。

如果你接近黑洞的中心，黑洞的引力效應——「潮汐力」，會把任何物體撕碎，這過程稱為意大利粉化。

會通去邊?
正常來說是不能通到其他地方的，只會墜入黑洞奇點，成為黑洞的一部分。

但亦有人認為墜入黑洞後會穿過蟲洞（又稱灰道）並由稱為「白洞」的地方出來。
簡單的來說，白洞可以說是時間呈現反轉的黑洞。
進入黑洞的物質，最後應會從白洞出來，出現在另外一個宇宙。
由於具有和「黑」洞完全相反的性質，所以叫做「白」洞。
目前天文學家已經實際找到黑洞，但白洞並未真正發現，還只是個理論上的名詞。
所以白洞的存在性還有待商確……

甚麼是黑洞？
黑洞是一個大質量恆星死去後的殘骸，是一個重力極大的天體。
黑洞內任何物質都不能從裡面跑出來，甚至是光都不例外，所以是一顆渿黑的天體，因而得名為黑洞。

黑洞之始篇——黑洞的形成
當一顆質量相當大的星體的核能耗盡死亡時，恆星的殘骸可能會形成黑洞，而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸。
當恆星核的燃料耗盡，核反應停止，沒有任何力足以去抵抗引力，平衡態不再存在，這星體將全面塌縮，成為白矮星，這是其中一種致密態，這種是以泡利不相容原理，電子（費米子的一種）便產生出一種巨大的內部量子壓力，阻止了粒子繼續壓縮；
根據推算，白矮星不能支持大於太陽1.4倍（原恆星質量為太陽質量的十倍）的質量，如果大於這臨界值，泡利不相容原理所產生的排斥力已不能再抵抗引力，恆星便可以違背泡利不相容原理繼續壓縮下去，形成中子星——以中子之間的電磁力來阻止收縮；
但若超新星爆炸後殘骸的總質量大於三倍太陽的質量，那麼連中子之間的電磁壓力也不能平衡重力，星體將塌縮至它的重力半徑範圍之內。
這時，引力之大足以使一切粒子，都被引回星體本身，化為體積為零的點——奇點，再也不能逃脫。
有些黑洞是在宇宙形成時亦跟著形成的，這些黑洞稱為原初黑洞，這些黑洞的質量可以很低，在黑洞之消逝篇會向大家解釋。

黑洞之結構篇——黑洞的邊界和內部空間
當一個黑洞形成後，塌縮還會進行下去，所有物質會無可避免，所有質量將集中在一個體積為零的質點，稱為奇點。
黑洞的表面層稱為事件穹界（視界），而這表面層和中心奇點的距離就是史瓦西半徑。
任何物質要從黑洞的史瓦西半徑跑到外面去，它的逃離速度便要大於光速。但根據狹義相對論，光速是速度的極限。
重力龐大得連光線也逃不出去，光線和任何物質都只能從視界外部進入其內部，而無法從裡邊逸出。
這個視界的裡邊就是黑洞，所以視界便是黑洞大小的邊界象徵。

黑洞之種類篇——黑洞無毛？
目前公認的理論認為，黑洞只有三個物理量有意義：質量、電荷、角動量（轉速）。
也就是說：對於一個黑洞，一旦這三個物理量確定下來了，這個黑洞的特性也就確定了，這稱為黑洞的無毛定理。
由於黑洞一定有質量，所以可造成不同類形黑洞的因素只有電荷和角動量，黑洞因而可以只分為四類：
沒有旋轉和沒有電荷的黑洞：史瓦西黑洞，這是一種理想化的黑洞，實際上應該沒甚麼可能會出現；
有旋轉但沒有電荷的黑洞：克爾黑洞，這種黑洞應該最為普遍，因為星體的收縮會加速旋轉，而大部分星體都會自轉，所以會自轉的黑洞也應該也很多；
沒有旋轉但有電荷的黑洞：帶電黑洞，雖然黑洞保留部分原恆星電荷，但由於黑洞可以在很短的時間裡捕獲足夠另一電荷的粒子而成為電中性，所以一個這種黑洞的電量亦小至可以完全忽略其天體物理效應；
有旋轉和電荷的黑洞：克爾－紐曼黑洞，由於電荷的影響極微，所以它亦可看作克爾黑洞來處理。

黑洞之消逝篇——黑洞會蒸發
因為宇宙的擴張，溫度便會下降，根據熱力學，溫度較高的物體的能量會流向溫度較低的物體。
由於黑洞也有溫度，根據量子力學的測不準原理，黑洞的質量會慢慢地以霍金輻射的形式離開黑洞，黑洞便會縮小和減少質量，所以當黑洞中的所有物質都離開了黑洞後，黑洞便會消失。
以現今的宇宙整體溫度來說，只有質量小於月球的黑洞才能散失能量，而其他黑洞都是在吸收宇宙的能量而增大自己的尺度。

黑洞之死亡篇——黑洞的消失
黑洞蒸發到後期會加速進行，以至於在一次像是猛烈的放射後消失殆盡。
黑洞的其中一個性質是溫度和質量成反比。
當黑洞的質量去到小行星那麼低時，溫度便有6000度，並放出可見光；
當黑洞的質量去到十億噸（大約為一座山的質量）時，大小只有一個質子般，溫度便高於10^12度，這時的輻射便是由伽瑪射線光子和大質量基本粒子混合組成；
當黑洞的質量去到很低時，黑洞便會以劇烈的爆發來了結自己的生命，而它在最後0.1秒裡釋放的能量相當於一百萬顆百萬噸級氫彈。

如果你接近黑洞的中心，黑洞的引力效應——「潮汐力」，會把任何物體撕碎，這過程稱為意大利粉化。