“重力”是超级无敌的存在吗?为什么“重力”会引起恒星坍塌,直至成为黑洞?

KT大泽


“重力”是超级无敌的存在吗?为什么“重力”会引起恒星坍塌,直至成为黑洞?

“重力坍缩”或者说“引力坍缩”是形成黑洞的唯一原因,当然我们常见的天体诸如中子星、白矮星甚至恒星与行星都是“引力坍缩”而成,而不是什么强作用力或者弱力或者电磁力的相互作用,但四种基本作用力中,引力其实是最小的,那么为何这种最小的作用力造就了世上最恐怖的天体呢?

在了解引力为何有如此巨大的力量之前,我们来简单分析下几种基本作用力!

一、强作用力

这是四种基本作用力种最为强大的力量,但比较好玩的是它的作用距离非常短,仅仅在10^-15-10^16M的范围内作用,大于这个距离就没有效果了!

二、电磁力

原子与原子结合之间的力,我们接触到固体等能成块就是电磁力的作用!

在这里必须要中断下继续介绍基本作用力,第一种强作用力的力量非常强大的,比如质子与质子以及与中子之间的结合力量是非常难打破的,传说中的“水滴”表面就是强作用力材料制成,但事实上有一个非常有趣的现象,理论上原子核都是中的质子和中子都是强作用力束缚住的,但当中子与质子过多时候,比如92号的铀元素,因为强作用力并不能无限叠加,超出其作用范围就会被质子之间的电磁排斥力(都带正电)所抗衡,当这个质子球球越多,那么其不稳定就会越甚!因此92号以及以上的放射性元素都会衰变,比如118号元素甚至毫秒级即衰变成116号元素了,很快又将衰变成114号元素.......

简单的说最强大的两种力,强作用力和电磁力都无法成为推动黑洞的作用力,因为它们会打架!

三、弱作用力

这是倒数第二、作用距离第一短的作用力,它只作用于电子、夸克层子、中微子等费米子,这是有选择性的,它胃口不好,挑食!

四、引力

最后只剩下了啥都不挑的引力,因为即使是无限远距离的电磁力在同种电荷的作用下依然是排斥的,所以担当坍缩出黑洞的大任就落到引力身上了!引力尽管非常微小,但它作用距离无限,这是第一,第二,力量不够数量来凑,当逐渐因引力聚集到一起的物质最终将会变成极其庞大的一个天体,那么超过电子简并力只是一个时间问题,这是形成变态天体的第一个关键!

1.电子简并力:根据泡利不相容,两个或两个以上的粒子同时处于相同的单粒子态,所以电子并不能叠在一起得到超级压缩的物质,这就是白矮星对抗坍缩的力量来源,但很抱歉这不是四种基本力!而压垮这个极限是钱德拉塞卡极限!也就是白矮星超过1.44个太阳质量

2.中子简并力:和电子简并力一样,这是引力坍缩下电子进入到原子核内部和质子中和成了中子,它是中子星对抗引力坍缩的法宝,当然终有一根稻草将压垮骆驼!这根稻草的极限是恒星坍缩时候内核大于3.2个太阳质量!

3.传说中存在夸克星 但很可惜并没有实际观测到这样的天体,所以我们假定它存在

4.引力战胜了一切 成了宇宙中BUG一样存在的黑洞!此时,物质世界所有的力都崩溃了,最弱鸡的引力成了笑到最后的王者!


星辰大海路上的种花家


答:四种基本力当中,引力是最弱的,但是引力有两个非常大的特点,一是只有吸引作用,没有排斥作用,二是作用距离无限远;于是重力就可以无限叠加,从而超过其他三种作用力的整体效果。


我们知道,一个天体的引力强到一定程度后,就会塌缩成一颗黑洞,连光也无法逃离黑洞的引力;大质量恒星在演化末期,由于核聚变反应的减弱,引力会占据主导作用,然后使恒星塌缩,就有可能在内部形成一颗黑洞。

在自然界中,人类发现的有四种基本相互作用,分别是强力、弱力、电磁力和引力,其中引力的强度是最弱的,比电磁力弱上10^36倍;比如磁铁对一块铁的吸引力,就能超过整个地球对磁铁的万有引力作用。

电磁力的作用范围也是无限的,但是电磁力存在吸引力的同时,也存在排斥力,大量正负电荷混在一起,整体就不再显电性,电磁力的合力也就抵消了。强力和弱力只在非常小的尺度范围内起作用,对宏观世界没有直接影响。


恒星在主序星时期,利用核聚变方式释放大量能量,这股能量可以和恒星自身的引力相抗衡,从而达到一种动态平衡;一旦恒星的核聚变燃料消耗殆尽,核聚变反应大大减弱时,引力就会逐步占据主导。

然后在某一时刻,引力彻底引起恒星内核塌缩,随即发生反弹,以超新星的形式结束“生命”;最后就有可能留下一颗中子星或者黑洞,此时引力成为主导,再也没有任何力量能和引力抗衡。

原子也将被黑洞的引力压碎,至于黑洞的物质形态,目前还是一个谜团;广义相对论描述,黑洞奇点的体积无穷小,密度无穷大,时间和空间在这里无限折叠,一切靠近黑洞的物体,都将被吸入奇点。


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事实上,在同一量级引力是最弱的。这个宇宙中有四种基本作用,按强度排序:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。

如果强相互作用力为1,电磁力就是1/137、弱相互作用力为10∧-6、引力只有10∧-39。

虽然引力非常弱小,但它的作用范围却是无穷远的,而且可以无限叠加。所以,在大尺度空间里,引力占主导地位。

在恒星核心发生的核聚变,其本质就是:在重力压缩以及高温度赋予原子核极高的动能作用下,克服两个较轻原子核之间的电磁斥力(原子核都带正电荷,同性相斥),将其压缩到强相互作用力能够作用的范围(10∧-15米),由强相互作用力将两个轻原子核融合成一个较重原子核的物理过程。只有质量达到了木星的80倍才能点燃氢的核聚变,可见重力在四种基本力里有多弱。

图:褐矮星想象图

当太阳质量这么大的恒星在燃料耗尽后,就不会产生辐射压(本质上就是电磁力)阻挡太阳重力的坍缩了,压力会将原子周围的电子压到最低能量级,由电子简并压来阻挡重力的坍缩。这就是白矮星。

图:白矮星

当质量超过1.44个太阳质量时,电子会被压缩到原子核内部,与质子结合形成中子,由中子简并压阻挡重力的坍缩。这就是中子星。

图:中子星

如果质量大于3.2个太阳质量,就没有什么能阻挡质量的坍缩了,它会坍缩成奇点形成黑洞。

图:黑洞


讲科学堂


这是我的本命题啊!

如上面答友所说,宇宙中有4种基本作用力:强相互作用力、电磁力、弱相互作用力和引力。

这是按照力的强度来划分的,引力属于最小的一种基本作用力。

强相互作用力,可以把原子核里的质子和中子牢牢地捆在一起,想扒开他们,都要做好制造一场核爆炸的准备,足见其力量之强大。

再说电磁力,世界上最强的磁铁,铷磁铁,一旦相互吸引,一头牛都拉不开。

弱相互作用力虽然不强,但也是引力所无法比拟的。

接下来,就是题主的问题了:为什么明明引力这么弱鸡,却能让恒星发生坍塌,最后形成中子星或者黑洞呢?

答案就在引力的作用方式。

这里就不列那些看不懂的公式了。我们先以地球和月球为例,进行一项对比。

假如我们把地-月模型按比例缩小,变为原来的一半,假设地月密度不变,按照万有引力公式,此时,两只之间的引力只有原来的1/16。

让我们继续缩小,让地球变成127.56mm的球,月球直径变成34.76mm,两个球体之间的距离也变为3.844米。引力变成多少了呢?

原来的1/1后面32个0。

通过这个例子,你发现了什么?引力随着物体又大变小,便会以几何基数减小,这也解释了为什么人与人之间为什么没有因为引力而黏到一起了。

那么反过来想一下,当物体不断的变大,引力也会以几何基数变大,当物体已经大到天体的级别,其引力已经超出你的想象了。

所以,结论来了:在围观层面,引力最强,在普通的宏观世界,电磁力是王者,但到了天体的层面,那就是万有引力统治的天下了。

引力不光是天体之间的相互作用,对于恒星自己,引力也同样是巨大的。太阳只有通过不断的核爆炸才能抵抗中心引力的束缚,核聚变一旦停止,太阳将会在引力作用下,不断收缩,最后变成一颗质量极大的白矮星。

四种作用力的对比。从本质上而言,四种作用力应该是同一种力,但是现在其它四种作用力的传递粒子都已经找到了,也基本可以统一了,唯独引力的媒介粒子引力子没有被发现,所以,引力依然是神秘的。

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重力是四种基本作用力之一,在这四种力之中,重力在强度上其实并不突出。

大自然中的四种基本作用力包括有重力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力,其相对强度和作用范围如下图所示。其中可以看到,重力其实是四种基本作用力之中相对强度最低的。

但是,虽然重力作用很微弱,却架不住这种力的作用范围是无限远。

因为重力作用的范围是无限远的,所以理论上哪怕是一颗原子,其产生的引力场也会吸引远在天边的另一颗原子。简单说,宇宙间的所有物质之间都在互相产生着引力作用,无论之间相隔多远。

有人看到电荷的作用范围和相对强度之后会问,电荷之间产生的电荷作用力远比引力要大,而且作用范围也是无限远的,为什么电磁力在宇宙中没有像引力那样明显呢?答案就是电荷虽然在宇宙中是广泛存在的,但是同时存在正负两种电荷,而且在绝大部分时候一个物体内部的电荷是互相相等的,这就意味着绝大部分物体都是“电中性”的。

而宇宙中绝大部分物质是正物质,只有极少量的反物质,所以只要物质足够多,那么引力就会足够大,并不会发生正反物质产生的引力作用互相抵消的情况。而宇宙中什么东西最多?答案当然就是“物质”了。不用说黑洞这样的无底洞,就是一些恒星也具有令人叹为观止的质量。

简单说,只要足够多的物质聚集在一起,那么可以产生任意大的引力作用,虽然电磁力、强弱力的相对强度都很高,但是架不住引力“人多力量大”。


SilentTurbine


完全是星核外围的爆炸引起的冲击压缩形成物质的高密度大引力,


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