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四种基本力中引力是最弱的,为何还能坍缩出破坏力超强的黑洞?

引力虽然是四种基本作用力中最弱的,但是引力的作用范围无限远,而且可以无限叠加,这使得引力控制着宇宙中大尺度的宏观物质运动。

引力虽然是四种基本作用力中最弱的,但是引力的作用范围无限远,而且可以无限叠加,这使得引力控制着宇宙中大尺度的宏观物质运动。

四种基本力

在物理学中,物质间的相互作用可以解释一切和物质有关的物理现象,目前人类一共发现了四种相互作用,或者说是基本力,它们分别是:强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和万有引力相互作用。

四种相互作用都有着各自的特点,使得每种力在不同的尺度下发挥着作用,它们的几个重要性质对比如下:

四种基本力中引力是最弱的,为何还能坍缩出破坏力超强的黑洞?

可以看到,强力和弱力的作用尺度非常小,基本只在原子核尺度有效,而且对距离的衰减非常快,所以无法对宏观世界产生影响。

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电磁力的作用范围是无限的,小到原子核对核外电子的束缚,大到地球产生的地磁场等等,电磁力都发挥着重要作用,但是电磁力有个最大的特点,就是有吸引力和排斥力之分,比如同性电荷相互排斥,异性电荷相互吸引。

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这就导致电磁力很容易被抵消掉,比如一千克的氢原子,如果把质子和电子完全分开,放到相距0.3米的地方,相互之间产生的吸引力就和地球对月球的万有引力大小相当,但是将电子和质子混合在一起后,整体对外就不显电性,也不会对外面的电荷产生库仑力,这个性质使得电磁力在大尺度上的影响很有限。

四种基本力中引力是最弱的,为何还能坍缩出破坏力超强的黑洞?

我们日常看到的物体,包括组成我们身体的物质,其实都被电磁力主宰着,原子间因为化学键连接起来,但是不同原子的原子核因为排斥力相互远离,平常我们接触到的所有力,除了重力之外本质上都属于电磁力,比如摩擦力、拉力、压力、空气阻力、磁力等等。

引力相互作用

但是万有引力就不一样了,虽然万有引力的强度远比另外三种力弱,但是万有引力的作用范围无限远,并且可以无限叠加,其强度完全取决于质量分布,只要在一定空间内不断增加质量,引力的强度就能无限增加。

四种基本力中引力是最弱的,为何还能坍缩出破坏力超强的黑洞?

对于一颗恒星来说,本质上就是电磁力和引力形成的一种平衡,引力使恒星趋向于坍缩,电磁力阻止了恒星的坍缩,中子星则是强力和引力形成平衡的产物。

四种基本力中引力是最弱的,为何还能坍缩出破坏力超强的黑洞?

对于中子星来说,如果自身质量继续增加,超过了奥本海默极限(大约3倍太阳质量),那么万有引力将叠加到任何力量也无法阻止其坍缩,最终变为黑洞,黑洞内部的情况已经超出了目前物理学研究的范畴。

根据广义相对论的描述,任何进入黑洞视界的物质都无法逃离出来,黑洞奇点处的引力无穷大,密度无限大,拥有着宇宙中最强的破坏力,这正是引力无限叠加的后果。

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