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指甲盖般大的黑洞,能吃掉地球吗,过程会是什么样子?

指甲盖大的黑洞要吞掉地球,就好比一个细菌要吞到大象。这种吃法到底是怎样一个过程呢?真的能吃掉吗?我们一起来讨论一下就知道了。

常常有人说道很小的黑洞,总想直观的了解一下小黑洞会不会吃掉地球,过程是怎样的。下面我们通过剖析一个指甲盖般大的黑洞,来讨论一下这个问题。

指甲盖有多大?大概1个立方厘米吧。1立方厘米体积的黑洞有多大?

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  • 怎么理解黑洞体积。

黑洞本身实质在奇点,而奇点是没有体积的,或者说体积是无限小的。无论多大质量的黑洞,所有质量都集中在中心那个体积无限小的奇点上。因此,从这个意义上来说,黑洞是没有体积的。现在人们所说的黑洞体积,是指黑洞的史瓦西半径。

史瓦西半径是指黑洞奇点周围形成的一个无限曲率空间,这个空间呈球形包裹着黑洞奇点,这个球形大小与黑洞质量成正比,遵循的公式为:R=2GM/c^2。这里R为史瓦西半径值,G为引力常量,M为天体质量,c为光速。

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史瓦西半径是任何物体都存在的一个临界半径,任何物体一旦缩小到自己质量的史瓦西半径内,就会无限坍缩成一个奇点。在这个半径球形空间,是黑洞的绝对控制天下,任何物体一旦进入,只有无限坠落到奇点的命运,光速也不例外。

1cm^3体积的黑洞,这里理解为史瓦西半径球形的体积,根据球体积公式V=4/3πr^3计算,1cm^3体积的黑洞,史瓦西半径约为0.62cm。而地球的史瓦西半径约9毫米,因此这个黑洞质量比地球要小。据上述公式测算,这个黑洞质量约为4.18×10^24kg,约地球质量的70%,约火星质量6倍,金星质量的约81%。

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  • 这么小的黑洞,在宇宙中还没有发现。

现代理论认为,在宇宙大爆炸时,会产生很多原初黑洞,很小很小,在现在应该还有存在,但迄今没有发现。而现在发现的黑洞,都是大质量恒星爆发后形成的,形成这些黑洞的原恒星一般要在40倍太阳质量以上,演化后期发生超新星大爆炸,会在核心留下一个太阳质量3倍多的黑洞。

或者中子星达到了奥本海默极限,也就是约3个左右的太阳质量,才会坍缩成一个黑洞。现在宇宙中发现的黑洞最小的也在3倍太阳质量以上。

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  • 黑洞的极端性质。

除了极小质量黑洞(原子质量级别以下)会瞬间蒸发以外,稍大点的黑洞都是喂不饱的,是宇宙食物链的顶端。因此一般来说,只有黑洞吃掉恒星,恒星是不可能吃掉黑洞的。哪怕恒星质量比黑洞大很多,如r136a1,质量是太阳的约300倍,但如果遇到一个3倍太阳质量的黑洞,也只能被吃掉。

这是因为黑洞的引力极端,在史瓦西半径以内,其时空曲率是无限大。什么是无限大,就是无法形容有多大。所谓曲率就是时空扭曲,而引力就是时空扭曲的表现,在时空无限极端扭曲的情况下,引力变得无穷大,因此黑洞视界内连光速也无法逃逸。这样人们就无法看到黑洞,只能在史瓦西半径临界处,通过黑洞吸积盘能量迸发看到,这个地方叫黑洞视界。

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  • 黑洞引力同样遵循万有引力定律。

世界上一切物体,包括各种天体,都遵循万有引力定律,就是引力大小与相互作用物体质量的乘积成正比,与距离平方成反比。就是说,质量越大,引力就越大,但随着距离拉大,引力就会呈指数级衰减。而距离不是指表面距离,而是指质心到质心之间的距离。

万有引力定律表达式为:F=GMm/r^2。这里的F表示引力值,G为引力常量,M和m为相互影响的两个物体质量,r为物体质心之间的距离。

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因此同等质量的黑洞与恒星或任何其他天体引力都是一样的,所不同的就是黑洞视界表面距离质心很近很近,而恒星表面距离质心很远,根据引力大小与距离平方成反比的性质,黑洞表现出来的引力就非常极端。

比如r136a1,虽然其质量是太阳的300倍,但其半径为30~40个太阳半径。太阳半径为69.6万千米,r136a1就差不多在半径在2088~2784万千米左右。而如果太阳变成了黑洞,视界表面距离质心就只有约3000米了,r136a1恒星变成黑洞,表面距离质心就只有90千米了,这时,在它们视界以内,引力就是无限的了,在靠近黑洞视界处引力也很极端。这就是任何恒星都无法抵御黑洞引力而被吞噬的原因。

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  • 黑洞一旦靠近其他天体,巨大的引潮力可以撕碎一切。

何谓引潮力?就是由于物体具有体积,但引力源靠近时,不同部位受到的引力作用是不同的,这样就会导致物体受到引力不平衡而扭曲。月球虽然没有地球大,而且还距离地球平均38.4万千米,但其引潮力对地球产生着巨大影响,如涨潮落潮,板块运动,大气环流等等。

一个体积约1cm^3的黑洞虽然很小,但质量已经接近金星,而月球质量只是金星的1/57,且靠近了地球,因此对地球的引潮力作用就完全不是月球可比了,它对地球将形成潮汐瓦解作用。儿潮汐瓦解正是黑洞吞噬天体的基本过程。

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所谓潮汐瓦解就是在黑洞强大引潮力作用下,极端扭曲天体,将天体一点点撕碎,然后吸食这些被撕碎的碎片。有人形容当一个人接近黑洞是,如果是脚部朝着黑洞,引力对于人的脚部和头部差距巨大,因此会把人像拉扯牛皮糖一样,拉得很长很长,脚部已经细如发丝,而头部还完好无损。想一想此人看到自己被拉扯成100千米的身子像藕丝糖一样卷曲在黑洞吸积盘的样子,会是一幅怎样惊恐的表情?

当然这只是形容,实际上,潮汐力和黑洞吸积盘巨大的角动量会把任何物体扯得粉碎,在超高速旋转中粉碎成基本粒子,迸发出炽热的超高温光芒,以及X射线等高能射线。

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  • 厘米级黑洞靠近地球撕碎地球过程。

根据引力定律,这个史瓦西半径0.62cm的黑洞,相当于金星与地球接近时的引力。如果真是金星靠近地球的话,在距离地球8189公里时到达洛希极限,金星就会被地球引潮力所撕碎而解体。

但这个黑洞的靠近,当然不会解体,被解体的只能是地球。当黑洞距离地球约5000千米时,相当于地球与金星相撞的威力,地球将翻江倒海,板块崩溃,全球性地质灾难爆发,地球所有物种已经万劫不复。

随着黑洞与地球的引力拉扯作用,黑洞日益靠近地球,两个天体相互围绕着着一个质心旋转,黑洞的引潮力对地球形成全面潮汐瓦解,靠近黑洞的地球表面轮番被撕碎掀起,成为黑洞超高速旋转超高温炽热吸积盘,发出耀眼的光芒和高能射线,以摧毁一切之势蚕食地球。

在这种环境下,生物全部毁灭,地球很快变成一个翻天覆地的死球。这个黑洞慢慢的享用战利品。黑洞吃东西并不很快,越小的黑洞吃得越慢,像这种厘米级黑洞,要真正把地球吞掉,需要亿万年。享用完地球后,黑洞质量变成1.7个地球大,史瓦西半径成为1.52cm。

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  • 这个黑洞在太阳系最终结果。

厘米级黑洞吃完地球后,在地球轨道已经有一个地球质量1.7倍的黑洞,这个黑洞的引力扰动将严重影响其他行星运行,尤其是金星和火星的运行轨迹,太阳系行星运行开始发生紊乱。导致的结果可能有两种:

一种是这个黑洞正好在混乱中浑水摸鱼,随着一个个星球靠近,继续慢慢享用饕餮大餐,最终吞噬了包括太阳在内的整个太阳系。这样,这颗黑洞最终长大到了史瓦西半径3000米。不过这个时间需要很久很久,或许数百亿年后还没有完成。当然,随着黑洞变大,吞噬的速度会渐渐加快。

第二种情况就是,这颗黑洞在地球轨道经过与几大行星之间的轨道共振后,运行关系被重新排列,最终稳定下来,从此成为太阳系里一个新成员。也就是说在重新排列组合后的太阳系,地球轨道没有了可见星球,替代地球的是一颗1.7倍地球质量看不见的黑洞。这颗黑洞依然围绕着太阳公转,一直到太阳系灭亡。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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