地球上出現一個原子那麼大的黑洞會怎樣?

神評陳毒繡


在回答這個問題之前,我們首先要搞清楚黑洞的定義是什麼?

我們通常所認為的黑洞,是空間中這樣一個區域,它內部的重力極大,以致於任何東西都將被其吸引,連光都無法逃脫。

黑洞包括兩個部分:一個是位於它中心的奇點,它是黑洞的質點,黑洞所有的質量都集中在這個比原子還小得多的、幾乎是無限小的點上;而在這個奇點的外圍有一個區域,在這個區域裡因為引力極大,連光子都無法逃脫,所以我們從外界看它是黑色的,我們無法知道里邊發生了什麼事情,因此將這個黑色區域的邊界稱為“事件視界”,又有人稱之為黑洞的“地平線”。

(一個黑洞的想象圖,黑色部分是它的事件視界,奇點在其中間,小到我們看不見)

由於黑洞的奇點與它的事件視界是不可分離的,有奇點就必然存在事件視界,所以我們將事件視界與它裡邊的奇點並稱為黑洞。

黑洞有多大?

我們都知道黑洞有大有小,黑洞的大小通常以它的質量來衡量。在宇宙中,科學家們以太陽質量的倍數來衡量一個黑洞的大小。比如銀河系中心黑洞人馬座A*的質量大約是太陽質量的450萬倍,而科學家們剛剛拍攝的室女座M87星系中央M87*黑洞質量則是太陽質量的65億倍!

(M87*黑洞)

黑洞的質量有這麼大,那麼它的體積到底是多少呢?

科學家們說,黑洞不管質量有多大,它中央質點的體積都接近無窮小、密度趨向無窮大。而黑洞地平線的半徑則與它質量的大小相關,也就是說,黑洞的質量越大,我們看到的那個黑色的“球”就越大。這個“球”的半徑由史瓦西半徑公式可以求出。

按照史瓦西半徑計算公式:R = 2GM / c²

已知引力常數G=6.674 × 10^-11 (m ^3· kg ^-1· s ^-2),太陽質量為1.9885×10^30 (kg),光速為:299792458 (m/s)。

將上面的數據代入公式,我們計算出M87*的事件視界半徑大約為192億公里。這與科學家們公佈的M87*直徑大約為400億公里的數據相接近。

(黑洞陰影部分直徑是黑洞視界直徑的2.5倍,由此得出其視界直徑約為400億公里)

那麼,如果將太陽變成黑洞,它會有多大?根據公式計算的結果,“太陽黑洞”的半徑大約有3千米。如果地球變成黑洞,它的半徑大約是8.7毫米;而“月亮黑洞”的半徑則只有0.11毫米。

一個原子大小的黑洞是怎樣的?

原子很小,它的直徑單位通常以“皮米”來計量。比如說我們熟悉的黃金,金原子的半徑為144pm,也就是1.44 × 10^-10 m。

那麼一個金原子大小的黑洞,它的質量到底有多少呢?我們將其代入史瓦西公式:R = 2GM / c²

最後得出的結果是 M=9.7 × 10^16 kg。

也就是97萬億噸!這至少是喜馬拉雅山脈的質量的兩倍。

(喜馬拉雅山脈的一部分)

這個黑洞如果距離我們10米遠,它的引力有多大呢?

我們請出萬有引力公式:F = GMm/r²

這裡G是引力常數,G = 6.67×10^-11 N·m²/kg²,M=9.7 × 10^16 kg,m設為100kg(一個大胖子的質量),r = 10m

代入公式後,我們得出 F= 64700 N = 6602 千克力

看起來很可怕。因為這是距離10米遠,如果這個黑洞在胖子的手上,他會被瞬間撕碎並吸入黑洞!

如果這個黑洞不蒸發,它掉在地面上,它會迅速將同圍的一切都吸進去並墜入地心,同時一點一點地把地球吞吃掉,最後變成一顆手指頭大小的黑洞。

但是且慢!

宇宙中真有這麼小的黑洞嗎?

並沒有。

科學家們說,黑洞是由超級恆星在燃燒完它核心中所有的氫燃料後發生超新星爆炸而形成,或者,當兩顆中子星相互撞擊合併、合併後的中子星發生重力坍塌也可能變成黑洞。也就是說黑洞有一個最小的質量,這個最小的質量至少是太陽質量的3.8倍。

也就是說,題目中所假設的原子大小的黑洞並不存在,因為任何一個黑洞的奇點都要比原子小許多,而宇宙中已知最小黑洞的視界半徑也要超出十幾公里。所謂“原子大小”的黑洞僅僅是數學上的存在罷了。

因此我們完全沒必要擔心它。

(你只需要小心腳下的洞就好了)


周志宏glee


會把地球瞬間“吞噬”進去?

按照我們對黑洞的認識,黑洞無論大小,都是一個引力極大,大到光在進入其視界以內都無法逃脫的天體,並且黑洞能夠把接近自身的一切物質都吸引進去,就像一個“無底洞”一般。那麼在地球上的一個原子大小的黑洞會把地球“吞噬”掉嗎?

黑洞是有“吞噬”地球的能力,但前提是要給黑洞足夠的時間。

霍金告訴我們,黑洞並非只進不出,黑洞的質量也會“蒸發”,只不過是以黑體輻射形式蒸發,既霍金輻射,也就是說,黑洞也是有壽命的,如果沒有外界對黑洞的能量或質量“補充”,黑洞終究有一天會“蒸發”殆盡。我們看一下黑洞的輻射公式,

這個式子裡,T-黑洞暗輻射溫度,c-光速,h-普朗克常數,G-萬有引力常數,k-玻爾茲曼常數,M-黑洞質量。

從這個公式中,我們可以看出,黑洞的質量越大,其輻射溫度就越低,甚至會低於宇宙微波背景輻射的溫度(這意味著即便周圍沒有物質,也可能會從周圍的“空間”汲取能量而繼續擴大),而黑洞的壽命就會越長,只有黑洞質量無窮大時才不具有輻射,這時黑洞的壽命也是無窮的,但實際上這樣的黑洞是不存在的。所以我們可以說,黑洞的壽命與其質量成反比的(或者說黑洞的壽命與其質量的立方成正比),質量越小的黑洞,“蒸發”的越快,壽命也就越短,而一些大質量黑洞的壽命則要遠遠超過我們宇宙的年齡。

一般大質量黑洞通過霍金輻射完全蒸發掉的時間很難估量,但一些微型黑洞則很快就會蒸發掉,質量為百萬噸的黑洞壽命一般在幾年到幾十年,能存在10年。一顆10億噸質量的黑洞,其史瓦西半徑大約只有原子核大小,但其壽命在100億年以上,和我們這個宇宙的年齡差不多。這樣一顆黑洞放到地球上,其吸收地球質量的速度會遠遠大於其蒸發的速度,所以,地球會被慢慢的完全“吞噬”,這個黑洞質量也會增加到一個地球質量,體積也會從一個原子大小變為一個直徑約兩釐米大小的黑洞。這裡要說明一下,原子級別的黑洞放到地球上,由於質量也不小,會迅速往地心沉入,但吞噬地球的速度在開始的時候比較慢,因為體積太小,引力影響範圍也非常小,所以只能一點一點的吞噬,但隨著質量的增加,引力影響的範圍會越來越大,吞噬的速度也會越來越快。

補充一點,地球質量大小的黑洞,壽命會增加到10^48年這個數量級,這已經是我們宇宙年齡的5萬億億億億倍還要多;而太陽質量大小的黑洞,壽命則達到了10^65年這個數量級;一些超大質量黑洞,其壽命在10^1000年數量級以上,對我們這個宇宙來說可以算是與天地同壽,無窮無盡了。

再說一點,如果說是原子質量大小的黑洞(要和原子體積大小區分開),因為質量太小,幾乎就是瞬間蒸發。


清明的星空


地球上出現一個原子那麼大的黑洞會怎樣?

黑洞曾經是廣義相對論預言中的天體,但自從第一個黑洞天鵝座的X-1發現後,黑洞的數量已經多到難以想象,甚至科學家都認為因核心中心存在數千個黑洞!但從理論上來看,除了原初黑洞以外,宇宙中難以存在質量小於奧本海默極限以下的黑洞,當然我們今天並不來糾結黑洞最小質量的問題,純粹從腦洞的角度來考慮下假如一個原子大小(視界直徑)的黑洞出現在地球上會有一個如何嚴重的後果!

一、原子的直徑是多大?

原子物質在化學反應中不可分割的最小部分,當然僅僅是化學反應,物理變化上並不是哦!而且各種原子直徑是有差別的,假如這個黑洞形成於大爆炸時代,那麼我們就以氫原子為直徑來做對比:

氫原子的電子雲可視化圖,氫原子的直徑約10^-10米,是所有原子中最小的!

二、一個視界為氫原子大小的黑洞有多大質量?

黑洞的質量如何計算?我們已經知道了這個黑洞視界大小為:10^-10米,那麼只要套用史瓦西半徑公式即可計算出黑洞的質量!

將視界直徑代入上圖公式中,計算得黑洞的質量為:33686475964648337.33千克

約為:3.37×10^13噸

這可不是一個小數,如果按地球上的岩石質量約3噸/立方米計算,大約為:

R=13891.48米半徑的球體

即:一個27.6千米的花崗岩球體

如果某個50KG的成年人在這個黑洞1M處受到的作用力為:

F=112344397.34N

可能大家對力的單位N沒有太大的印象了,那麼換算成噸約為

F=112344397.34/9.8=11463.714噸

即1.15萬噸左右!

這可不太好玩,1.15萬噸的力作用於人體身上,估計已經被撕碎了!假如丟在地面上的話,附近的物質馬上就會被其強大的引力所吸引,而成為其吸積盤,並且地面根本無法承受如此質量,將會逐漸掉落地心,而這個黑洞則留在地心中央慢慢吞噬完地球,最後這個氫原子大小的黑洞成長為視界半徑為0.0088537M的黑洞,即視界半徑為:8.8MM黑洞!

無論多大的黑洞出現在地球上或者地球附近,那麼這絕對是一場滅頂之災!


星辰大海路上的種花家


黑洞的產生一般都是大質量天體發生了重力坍縮的結果。大質量恆星演化到最後,會在超新星爆發中結束它作為恆星的一生。如果爆發之後的殘餘質量大於3.2倍太陽質量(奧本海默極限),它就會坍縮成一個黑洞。目前發現的最小的黑洞質量為3.8倍太陽質量,接近理論值。




可見,在現在這種宇宙環境中誕生的黑洞都相當的大,3.2倍太陽質量的黑洞半徑有9.42千米,遠遠大於1個原子的半徑。

那麼可能存在只有原子大小的黑洞嗎?

在愛因斯坦發佈廣義相對論後的數月,史瓦西就推導出了黑洞的半徑公式。

rs是史瓦西半徑,G為萬有引力常數,c為光速。

從這個公式可以看出,任何具有質量的物質都有它的史瓦西半徑,也就是說,無論質量有多大都能夠形成黑洞。所以說,原子大小的黑洞是可以存在的。

科學家猜測,在宇宙大爆炸後不久,由於空間中的物質和能量密度非常高,只要有一點擾動就能夠形成黑洞(太初黑洞)。在這時,就可能會產生微小的黑洞。

一個原子大小的黑洞會對地球產生破壞嗎?

位於歐洲的大型強子對撞機剛建成時,曾經有人擔心這個強子對撞機會撞出量子黑洞,然後吞噬掉地球。

圖:大型強子對撞機內部

圖:大型強子對撞機





事實上,這樣的擔心是多餘的。一是大型強子對撞機達不到撞出黑洞的能量,二是量子黑洞會很快因為霍金輻射被蒸發。

假設一個黑洞的如同銫原子(最大的原子)大小,它的質量只有1.76×10∧14噸,但因為霍金輻射,使得其表面溫度高達438萬度,很快就會被霍金蒸發掉了。

黑洞的質量越大,表面溫度越低,能夠存在時間就越久,一個質量為4.5×10∧19噸的黑洞(與月球質量相近)的溫度會保持在2.7K(宇宙背景輻射),這是因為它吸收的輻射發射出的輻射相當。如果質量小於這個值,它就會逐漸失去質量,最終蒸發殆盡。


講科學堂


根據史瓦西半徑計算公式,我們假設這個原子大的黑洞的逃逸速度剛好是一個光速。

把史瓦西半徑公式變形一下,我們就可以粗略的把這個黑洞的質量算出來。假設這個原子大小是和銅原子大小一樣大,約為129pm,也就是0.129nm,即1.29✖️10^(-7)m,可以求出天體的質量大約為1✖️10^20KG,假設我們人的質量為100KG,這個原子黑洞離我們100米,根據萬有引力公式可以算出我們和原子黑洞的萬有引力約為1✖️10^8N,如果離我們10萬公里遠,那我們和這個黑洞的吸引力就僅僅有1N而已,所以如果黑洞真的很小,離我們真的很遠,那對我們的影響也是很小的。

再舉一個具體的例子:我們地球的半徑約為0.6萬公里多一點,如果這個原子大的黑洞在南極,而你站在北極,那麼你收到這個原子大黑洞對你的吸引力約為3牛的力。如果這個黑洞在廣州,而你在深圳,其中廣州到深圳約為150公里左右,那你受到黑洞的吸引力約為40多牛,計算結果可能不是很準確,但是數量級應該沒錯。




宇宙奧秘探索2018


原子那麼大的黑洞,理論上是不會存在那麼小的黑洞的,但是既然題主這麼問了,那麼小才女就只好假定性地認為它就真的存在了。

跟原子那般大的黑洞,如果小才女沒有理解錯的話,那題主的意思應該是隻黑洞的視界跟原子一般的大小,畢竟黑洞的大小,通常來說還是以視界來作為界線會更合理一點。原子般大小的黑洞視界,也就是說這個黑洞能使時空彎曲到完全封閉的狀態的空間僅有原子那麼的小,這麼小的黑洞其實是完全可以忽視的。

有人說黑洞如同漩渦,無論多小,它的可怕之處都在於它可無限地吞噬著地球上的物質,然後使其慢慢擴大,若它出現在地球之上,總有一天,我們的整個地球肯定會被它吞噬掉。

其實,這種認識大概是從表觀的認知經驗中感覺出來的而已,實際上,即便是誇張點的比喻,如原子般大小的黑洞所產生強大的引力範圍可達一個籃球般的大小,也就是說,它能調動吸收物質的半徑為12cm,黑洞吞噬物質的嘴巴也就那麼大而已。

籃球般大小的嘴巴不停地吞噬地球上的物質,這還遠不如地球每秒向太空揮灑的物質多呢。


民科小才女


黑洞的一個條件就是質量奇大,大到無法想象。地球上有可能產生這玩意嗎?


mulin30311368


等你把萬有引力學好你就會發現,要想成為黑洞,首先要有足夠的質量,接著就是有足夠大的密度,中子星的密度大不大,一個芝麻粒大小的中子星就有幾萬噸,原子那麼大,密度足夠高,質量足夠大,那它應該是什麼粒子構成的呢,我是無法想象,至少目前人們沒發現有這樣的粒子,這種粒子本身就要足夠小,且相對質量比較大,我感覺應該沒有。


小城的小程


黑洞不是比大小的,是比質量的。當然質量越大,視界直徑也越大。


深藍122911237


霍金輻射蒸發掉。


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