黑洞能把光吸住,超光速多少倍可以逃离黑洞?
把一块石头以45度角抛上天,石头会划出一个弧形落到地面,这条曲线是一个二次曲线,叫做抛物线。
抛射石头的速度越高,石头的落点就越远。地球虽然大,但是半径是有限的,如果石头的落点落到地球的半径之外,那么石头就永远也不会落回地面,这个时候石头就会成为围绕在地球外围的一个卫星。
》让石头成为围绕在地球外的一个卫星的速度,被称为第一宇宙速度,为7.9公里每秒。
它的计算公式是v等于地球的重力加速度乘以地球半径的1/2次方。
这个速度是石头围绕地球形成圆轨道的速度。如果这个速度不断的增加,轨道就会变成椭圆,椭圆的长轴会随着速度的增加越来越长,如果速度超过11.2公里每秒,椭圆的长轴就会变得无限长,这个速度被称为逃逸速度。
逃逸速度的计算公式是第一宇宙速度再乘以根号2。
按照这样计算,如果地球的重力加速度不断的增加,增加到足够大的时候,即使石头的运行速度达到30万公里每秒,也只能围着地球转圈。
在广义相对论出现之前,物理学家也做过类似这样的计算。
法国科学家拉普拉斯,就是按照这样的计算公式预言了黑洞的存在。
》拉普拉斯认为只要恒星质量超过太阳的250倍,以光速飞行的物体就不能脱离引力场。
那么恒星发出来的光也不会发射出去,这样的天体将不可见,成为一个黑洞。实际上拉普拉斯的算法是不对的。
根据广义相对论,引力作为一种力并不存在,只是质量对于时空扭曲的效应。
当这种扭曲效应达到极致的时候,整个空间会成为一个封闭状态。
这个封闭的区间范围就是黑洞的视界!我们一般把黑洞的视界称为黑洞的范围。
任何物体在空间中的存在与运动方式,都要符合空间的定义和测量法则。
》定义空间存在形式的法则,被称为度规!
在平面几何里计算两点之间的距离公式,是勾股定律,就是ds^2=dx^2+dy^2,这个公式就是度规,对应于几何学,这就是一把直尺。
如果在一个曲面上画一条线,用直尺肯定是没办法量它的长度,所以上面那个公式也得变,就变成下面这个样子了:
ds^2=G(dx^2+dy^2)。G是常数的时候,空间就是平直的;G是函数的时候空间就是弯曲的。
推广到n维空间的情况,会得到如下公式:ds^2=∑∑Gij(dxi^2+dyj^2),其中Gij就是度规张量。
》当光线通过一个Gij是函数的空间的时候,光线的运行路线就弯了。
我们国家现在的高铁运行速度可以达到350公里每小时。再快上去就要做磁悬浮,但是磁悬浮再快也要受到风阻力的影响,不能达到超音速。
在地面上如果实现超音速客运,美国马斯克提出了一个方案:把一个管道抽真空,在真空管道里运行磁悬浮的高铁。
真空管道里运行的高铁经过不断的加速,理论上是可以超过地球引力场的逃逸速度11.2公里每秒。但是即便如此,也不能脱离地球。
欧洲的强子对撞机在地下有50公里长的管道,正负电子在里面可以加速到光速的99.999%,但是这些电子仍然没有飞到地球的外面去。
高铁运行的轨道和管道就是高铁运行的“度规”,强子对撞机的真空管道就是电子运行的“度规”。
黑洞扭曲的空间,就是在其中运行物体的“度规”。无论多么快的速度,都要被空间的“度规”所约束。
黑洞视界内的空间是一个封闭的空间,进入此范围的物体,无论超光速多少倍都无法逃离。