黑洞為啥穩(wěn)坐天體食物鏈的頂端，再小也能夠吃掉再大的恒星？

在宇宙中，黑洞是頂級(jí)天體，它處于食物鏈的頂端，大小通吃，比黑洞大很多的恒星，只要靠近黑洞，也無可奈何的被黑洞吞噬。

為什么黑洞有這么大的能量和本領(lǐng)呢？這個(gè)問題常常引起一些人誤解，認(rèn)為黑洞就是因?yàn)槠錇橐粋€(gè)極端的天體，就該吃掉一切。

還有的認(rèn)為黑洞雖小，質(zhì)量很大，所以能夠吞噬一切；更多的認(rèn)為是黑洞引力極大，才導(dǎo)致這種現(xiàn)象。

這些似乎說的都有道理，但最根本的本質(zhì)是什么，卻有很多人說不清楚。

我們這次就來徹底分析一下，把黑洞通吃的根源弄清楚。

黑洞的引力其實(shí)與任何同等質(zhì)量天體是一樣大的事實(shí)上，只要是這個(gè)世界上的物體，都必須遵循萬有引力定律，黑洞也不除外。因此黑洞的引力并不比同等質(zhì)量的恒星大，而是一樣大。

萬有引力是人類發(fā)現(xiàn)的第一種基本力，是迄今發(fā)現(xiàn)的四種基本力中的一種，艾薩克·牛頓最偉大之處，就是發(fā)現(xiàn)了萬有引力，并給出了它的定律。

牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中，提出了萬有引力定律，這個(gè)定律啟蒙了人類文明，揭示了世上萬物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，指導(dǎo)了人間科學(xué)三百多年。

萬有引力的本質(zhì)是質(zhì)量對(duì)時(shí)空的扭曲。這一點(diǎn)雖然牛頓時(shí)代并沒有給出，一直到愛因斯坦1915年發(fā)表的廣義相對(duì)論才予以揭示，但牛頓的萬有引力定律迄今仍然是人類認(rèn)識(shí)世界最基本的基石。

萬有引力定律表達(dá)式為：F=GMm/r2

式中，F(xiàn)為引力值，G為引力常量（6.67x10^-11N·m2/kg2），M和m是相互影響天體質(zhì)量，r為天體之間距離。

在這個(gè)定律中，引力的大小是與質(zhì)量成正比，與距離平方成反比的。因此同等質(zhì)量的恒星與同等質(zhì)量的黑洞引力就是一樣大的。

目前我們發(fā)現(xiàn)的黑洞，最小的有太陽質(zhì)量的3倍多，而已知最大的恒星r136a1，質(zhì)量是太陽的265~300倍。

那么3倍太陽質(zhì)量的黑洞能吃掉300倍太陽質(zhì)量的恒星嗎？答案是肯定的。只要r136a1靠近黑洞，再小的黑洞也會(huì)吃掉它。

既然同等質(zhì)量的黑洞和恒星引力是一樣的，為什么黑洞就一定會(huì)吃掉恒星呢？

這就要說到黑洞之所以是天體食物鏈頂端的最根本原因了，那就是“小”。在同等質(zhì)量的天體中，黑洞體積是最小的。

“小”才是黑洞最強(qiáng)大的武器。而這一點(diǎn)正是引力定律中根本的一點(diǎn)：引力大小與天體之間距離平方成反比。

但這個(gè)距離不是表面到表面，而是質(zhì)心起算的距離。

恒星質(zhì)心到表面距離很大，引力衰減的就很大；黑洞表面到質(zhì)心的距離很短，表面引力就大到極端，通吃一切。

那么黑洞的“小”，小到什么程度呢？這就不得不說到這個(gè)世界上最小的極限~史瓦西半徑。

史瓦西半徑何為史瓦西半徑？這是1916年，德國天文學(xué)家、物理學(xué)家卡爾·史瓦西，根據(jù)剛剛問世不久的廣義相對(duì)論，得出了愛因斯坦引力場(chǎng)論的一個(gè)精確解。

他發(fā)現(xiàn)任何有質(zhì)量的物體都有自己的壓縮到最小的一個(gè)臨界半徑值，這個(gè)臨界值是一個(gè)球狀對(duì)稱。

極大壓力下，所有物質(zhì)質(zhì)量一旦被壓進(jìn)這個(gè)半徑以內(nèi)，就會(huì)出現(xiàn)奇異的現(xiàn)象：所有物質(zhì)將無限墜落到中心無限小的奇點(diǎn)，而在臨界半徑球形范圍出現(xiàn)無限引力場(chǎng)，在這個(gè)引力場(chǎng)里，任何物質(zhì)都無法跳脫，包括光。

這個(gè)半徑與質(zhì)量成正比，質(zhì)量越大這個(gè)球就越大。

這就是后來人們稱為的“黑洞”。

人們把這個(gè)臨界半徑就叫史瓦西半徑，以紀(jì)念發(fā)現(xiàn)它的卡爾·史瓦西。

計(jì)算這個(gè)半徑的公式為：

R=2GM/C2

式中，R為史瓦西半徑（m），G為引力常量，從、C為光速。

根據(jù)這個(gè)公式，一座喜馬拉雅山的史瓦西半徑只有納米級(jí)，納米有多大？就是100萬分之一毫米。

地球的史瓦西半徑約9毫米，太陽的史瓦西半徑約3000米，r136a1的史瓦西半徑約795000~900000米，也就是約795~900公里。

任何天體一旦接近黑洞的史瓦西半徑，就會(huì)萬劫不復(fù)。

這就是再大的恒星或其他天體，也會(huì)被黑洞吞噬的原因。

理論上宇宙中最小的黑洞不小于太陽質(zhì)量的3倍。

3倍太陽質(zhì)量黑洞的史瓦西半徑只有9000米，也就是9公里大，當(dāng)天體物質(zhì)靠近到它半徑的9公里范圍時(shí)，才會(huì)被無限引力所控制。

宇宙中最大的恒星r136a1半徑達(dá)到2436萬公里，其表面引力在黑洞面前是在不堪一提，其表面逃逸速度只有1808公里/秒，遇到逃逸速度大于30萬公里的黑洞，還有活路嗎？

因此，黑洞之所以吞噬一切，主要是因?yàn)樗靶　薄，F(xiàn)在我們知道了，同等質(zhì)量的天體，不管是黑洞，還是中子星、白矮星、恒星，在同等距離，引力都是一樣的。

問題是其他的天體質(zhì)量與體積之比都大于黑洞，所以表面引力就完全不一樣。

中子星質(zhì)量與體積之比比白矮星??；白矮星質(zhì)量體積之比比一般恒星小，這樣，恒星不但在黑洞面前，即便在中子星和白矮星面前，都只有被吃掉的結(jié)果。

不過中子星和白矮星都有一個(gè)質(zhì)量臨界點(diǎn)，吃多了就撐爆肚子，發(fā)生超新星爆炸，然后繼續(xù)坍縮升級(jí)。

這兩個(gè)臨界點(diǎn)叫錢德拉塞卡極限和奧本海默極限。

前者是白矮星極限，質(zhì)量達(dá)到太陽的1.44倍，就會(huì)發(fā)生爆炸，坍縮成一個(gè)中子星；后者是中子星極限，到達(dá)太陽質(zhì)量的3倍左右，就會(huì)發(fā)生爆炸，坍縮成一個(gè)黑洞?！?/p>

任何天體坍縮到了黑洞這一級(jí)，就到頂了。

黑洞就沒有撐爆肚子這個(gè)后顧之憂了，它永遠(yuǎn)也撐不飽，通吃通消化，偶爾打個(gè)飽嗝（噴發(fā)出高能射線），長到再大，還是黑洞。

距離我們104億光年有一顆迄今已知最大的黑洞，坐落在獵犬座編號(hào)為TON618，已經(jīng)有太陽質(zhì)量的660億倍，還在不停的吞噬著周邊的天體物質(zhì)，每年要吞掉4、5顆恒星。

引力大小最直觀的表現(xiàn)，就是天體表面的逃逸速度。逃逸速度是根據(jù)動(dòng)能公式和萬有引力公式來計(jì)算的。

引力勢(shì)能表達(dá)式為：E（r）=∫（GMm/r^2）dr=-GMm/r（以無窮遠(yuǎn)為零勢(shì)能）

能量守恒表達(dá)式：mv^2/2=0-E（r）

r取天體半徑時(shí)，可以得到逃逸速度公式：v=√（2GM/R）

式中，v為逃逸速度；G為引力常數(shù)，取值6.67x10^-11N·m2/kg2；M為天體質(zhì)量；R為天體半徑。

這樣我們可以看到，一個(gè)天體的逃逸速度，是與天體質(zhì)量和半徑關(guān)聯(lián)的，因此天體質(zhì)量再大，由于其半徑很大，逃逸速度就并不比質(zhì)量小的星球大。

根據(jù)公式計(jì)算，黑洞史瓦西半徑內(nèi)逃逸速度大與光速，地球的逃逸速度為11.2公里/秒，太陽逃逸速度為617.7公里/秒。

已知質(zhì)量最大的恒星是r136a1，其質(zhì)量是太陽的約265~300倍，其逃逸速度是多少呢？

r136a1半徑為太陽的35倍來計(jì)算，根據(jù)太陽表面逃逸速度，我們可以測(cè)算出r136a1的逃逸速度為：

v2=v1x√(265/35)≈1700或v1x√(300/35)≈1808km/s

式中，v2為r136a1逃逸速度，v1為太陽逃逸速度。

我們可以看到，r136a1的逃逸速度才達(dá)到1700~1808公里/秒，而黑洞的逃逸速度大于光速，每秒大于30萬公里，二者根本不是一個(gè)量級(jí)。

因此，一個(gè)逃逸速度才1808公里/秒的天體，能逃過逃逸速度大于光速的黑洞蹂躪嗎？即便r136a1遇到再小的黑洞，也只有乖乖束手就擒。

現(xiàn)在明白了吧？這才是黑洞橫行整個(gè)宇宙，一切通吃的根源。

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