光速飛行每秒可繞地球7圈半,而中子星每秒可旋轉700圈,超光速了嗎?

心繫宇宙天地寬


這個問題是把中子星看得太大了。中子星其實是一顆很小的恆星屍骸,其轉速再快,也超不過光速。

中子星一般半徑約10公里,也就是20公里左右的直徑,周長也就是60幾公里,每秒鐘轉1000圈也就6萬多公里,怎麼會超過光速呢?

中子星是大於太陽質量8倍以上的恆星,演化末期發生超新星大爆炸留下的殘骸,是恆星把外圍物質炸飛了留下的中心那點核,質量不得超過太陽質量的3.2倍(這個數據尚無最終準確定論),這個叫做奧本海默極限,超過這個極限就做不成中子星,會繼續坍縮成一個黑洞。

但中子星的質量下限是比較準確的,叫錢德拉塞卡極限,就是白矮星的最大極限不得超過太陽質量的1.44倍,超過這個質量就必然會坍縮成一箇中子星。

因此中子星是一個密度極高的星球,目前已知除了黑洞,還沒有什麼星球有這麼大的密度。其上的物質是一種被超高引力壓力高度壓縮的特殊物質,原子被壓碎,電子被壓到了原子核,與質子合併成為中子,加上原來原子核的中子,整個星球就是一個大中子核。

這個大中子核的密度達到每立方厘米1億~20億噸,你如果不信,稍微計算一下就知道了,1.44倍~3.2倍太陽質量,壓縮到一個20公里直徑的球裡,質量除以體積就能夠得到其密度了。

因為中子星的轉速是繼承了恆星爆炸前的角速度,越小就越快,因此一個巨大的恆星變成這樣一個小球,當然轉速就非常高了。

現在發現最高轉速的中子星(會轉的中子星又叫脈衝星)是一個叫PSR0535-69的脈衝星,距離銀河系16萬光年,其轉速高達每秒1968轉!

即便如此,其赤道線速度也達不到光速,據稱這個脈衝星半徑約20公里,這樣其赤道線速度達到甚至超過了0.8倍光速!

即便如此,也沒有超過光速,並沒有違背相對論光速藩籬原則。

中子星是一種特殊極端的星球,我們只能遠遠的研究它,利用它(導航),永遠也無法靠近它,更別說去上面取一小塊物質了(許多人幻想弄一塊到地球會咋樣)。

地球自轉赤道線速度為每秒466米,只是脈衝星的幾十萬分之一,就不要去比了。

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時空通訊


地球的赤道周長約為4萬公里,而宇宙中的最快速度,也就是光速,速度在30萬千米每秒,所以說,光可以一秒鐘繞地球赤道七週,不過光是沿直線傳播的,所以光並不會繞著赤道走,只不過為了形象描述光速之快,我們用這個打比方。

在宇宙中,有一種奇怪的天體,它的密度僅次於黑洞,每一立方厘米的質量達到了8千萬到20億噸之多,它的密度即相當於原子核的密度,也就是水的一百萬億倍。如果把地球壓縮成和這個天體一個密度的話,那麼地球的直徑將會只有22米,而這個可怕的天體不是別人,正是中子星。

和白矮星一樣,中子星同是恆星生命末期可能形成的狀態之一,只不過相比於形成白矮星的恆星,中子星的母體恆星,質量更大,一個典型的中子星,其質量介於1.35倍到2.1倍太陽質量之間,但是其半徑僅僅只有10到20公里。中子星除了高密度,小體積之外,還有另外一個特點,在恆星演化成中子星的過程中,由於角動量守恆的緣故,中子星的自轉週期越來越短,甚至短至1/700秒,也就是說,每一秒鐘,中子星可以自轉700周!

既然中子星的自轉速度都這麼快了,那麼中子星的自轉線速度能不能超過光速呢?答案是不能,而且差得遠了,原因在於雖然中子星自轉週期短,但是其半徑很小,所以其自轉線速度的最大值和光速相去甚遠。

其實我們可以稍微計算一下,假設一中子星的半徑達到了20千米,而自轉週期為1/700秒,那麼其表面的線速度為8.8萬千米每秒,而光速為30萬千米每秒,所以中子星表面的線速度最大值連光速的三分之一都達不到,更別提這還是按照最大值進行計算的,而實際上中子星的半徑和自轉頻率不可能同時達到最大值,因為如果半徑越大的話,那麼自轉頻率就會越低。所以說,中子星表面自轉線速度是不會超過光速的。

事實上,光速最快原理已經是一個真理了,這不容質疑,宇宙中沒有任何物體運動的速度可以超過光速,如果中子星自轉速度可以超過光速的話,那麼科學家早就會知道了,所以可見光速最快原理是多麼正確。從1934年中子星被預言存在到1969年首顆中子星被觀測發現到中國的FAST天眼接連發現脈衝雙星,人類對於中子星的認識越來越深入了,中子星這顆神秘的天體,正在被人類慢慢認知。


鏡像科普



地球和中子星的密度差別簡直是天上地下,我們的地球只是一個普普通通的岩石金屬行星,而中子星是由大質量恆星晚年的核心區域坍塌而成的,其密度高達每立方厘米10億噸,但也正因為如此高的密度,中子星的體積一般都不會太大。

一顆典型的中子星直徑不過幾十公里,每秒30萬公里的光速一秒鐘繞它幾百圈也屬於很正常的事,光速一秒鐘繞地球七圈半隻不過是因為赤道周長4萬公里而已。



我們宇宙中的極端天體基本上都和恆星有關係,太陽這種黃矮星晚年膨脹為紅巨星再進一步就會坍塌成一顆白矮星,密度雖然沒有中子星那麼恐怖但每立方厘米也有十噸左右,而中子星只是白矮星在引力作用下進一步坍塌的結果,如果引力再大一點的話中子星還會坍塌成密度更大體積更小的夸克星,夸克星再進一步坍塌就是黑洞了。

在我們的宇宙中並不存在超光速現象,一顆半徑20公里的中子星理論上能達到每秒2000轉,這樣算下來其赤道地區的線速度也才每秒25萬公里左右,和真的光速還是有一定差距的。地球上的物理學家曾經在一次粒子實驗中測到過超光速的數值,但後來發現只是電纜接鬆了而已,調整好後超光速數值立馬消失了。



其實像中子星這類極端天體,其表面物質只能在中子星上保持其狀態,也就是說一旦中子星物質離開中子星,那麼原先被強大引力所強行壓縮的物質瞬間就會變成普通物質,隨之而來的還有強烈的爆炸。


宇宙觀察記錄


地球半徑6371公里,赤道周長約4萬公里,而光速是每秒30萬公里,所以光可以在一秒內繞地球7圈半,而中子星由於密度極大,其特徵半徑只有10公里,所以中子星即使每秒旋轉數百圈,其線速度也遠遠達不到光速,光速至今還是宇宙中物體運動速度的極限。

中子星質量越大,半徑越小,一般在1.4至3倍太陽質量之間,其星體物質幾乎都是中子,通過中子簡併壓來抗衡引力,形成穩定的星體。因此中子星的特徵半徑只有10km大小,計算中子星密度:約10億噸/立方厘米。

中子星具有很強的磁場,其磁軸與自轉軸呈一定角度,沿著磁軸發射的輻射束會跟隨中子星自轉,就像燈塔的光速掃過一樣,所以中子星可以作為宇宙中的燈塔來定位,也成稱為脈衝星。

人們最早以為這種週期性規律的脈衝信號是外星人發送的電報,後來天文學家才明白這種脈衝信號是來自中子星這種特殊天體。

我國最近建造的大型射電望遠鏡-天眼,目的也不是為了尋找什麼外星人,就是為了發現更多新的中子星。


量子實驗室


首先,每秒鐘旋轉多少圈並不是問題的關鍵,關鍵是中子星到底有多大,地球和中子星是完全不同的兩類星球,當然不能用地球的大小衡量中子星的旋轉。

中子星是大質量恆星死亡後的產物,密度非常高,僅次於黑洞,但高於白矮星(太陽死亡之後就成了白矮星),而如果把地球變成中子星,直徑就只有22米,而太陽變成白矮星直徑只有10公里。普遍認為,中子星的約為16-32公里。

即使是按直徑最大的32公里計算,每秒鐘旋轉700圈,速度也只有每秒8萬公里左右(計算並不難),與光速相差很大。

所以,中子星確實很恐怖,但這遠不意味著中子星可以超越光速,我們也不能用一種慣性思維去思考中子星的運動。同時,更不能單純地憑藉自己的想象和感覺去下結論,任何結論都要建立在事實基礎上。

網絡上有些人對於愛因斯坦的光速限制總是感覺不解,甚至不相信,總是以各種想象各種假設試圖推翻相對論中的光速限制,比如最常見的“各種如果和假設”,假設一個直徑一光年的輪子轉動起來不就輕鬆超越光速了嗎?

但事實上類似這種假設沒有任何意義,因為假設本身就不存在,或者不會發生。即使存在直徑一光年的輪子,也能轉動起來,但轉動的速度也不會超越光速,就類似地球和太陽甚至銀河系等天體的旋轉一樣!


宇宙探索


中子星的直徑在十公里到二十公里之間,質量越大體積越小。我們不妨按照中子星的最大直徑來計算:20×3.14×700=43960。可以看出中子星的最大外徑不過是六十二點八公里,乘以七百周的線速度不過才四萬三千九百六十公里,距離光速還有很大一段距離。所以不用設想會出現超光速的情況。


無船也渡河


《宇宙物理體系》28個短視頻目錄:

1《宇宙物理體系》

2物質和能量

3質量重量

4磁和電

5時空

6光

7浮力

8飽和原理

9信息傳播

10火箭發射

11蘋果下落

12磁鐵相吸

13地球繞太陽轉

14飛機上升

15太陽能量方式

16月球重力

17力分析

18力傳播

19力與速度

20傳播力

21受力分析

22宇宙機理

23望遠鏡

24物理用詞

25性質和量

26生命

27力分析舉例

28摩擦力


天山我才


感謝提問!要解答這個問題,我們至少需要搞清楚題中關於地球周長、光速、中子星等幾個概念性的問題,下面且看小地作答!

1、光速定義及數值<strong>

光速是指光波在真空或介質中的傳播速度,它是目前世界公認的自然界物體運動的最大速度,每秒鐘可運行299792.458km(約為30萬千米/s)


2、地球簡況

地球是一個不規則的橢圓球體(下文按正球體計算),它是距離太陽第三近的行星,其質量、密度和大小排在四大類地行星之首,分別為M=5.965E+21(t)、ρ=5.50785T/m³、⌀=12756(km),根據圓周長計算公式C=πd=2πr可求得環繞地球一週的長度C=3.14*12756=40053.84千米。

通過上述列舉的各類數據,我們可以計算出光在一秒鐘之內可以圍繞地球299792.458/40053.84=7.48圈,接近題主所說的7圈半。那麼中子星每秒可旋轉700圈,是不是就超光速了,這個就要看中子星的大小了。

3、中子星是何物?

記得早在讀小學四年級的時候,就聽到有人說假如一個針尖大小的中子星物質掉到地面上,足以把地面壓塌,那是年幼還不知所以然,隨著知識和閱歷的增多,漸漸對天文地理產生了濃厚的興趣,對中子星也多了一些瞭解。

中子星一種介於黑洞和白矮星之間的星體,其密度大小僅次於黑洞,它是由恆星演化而來,一般來說由於質量的不同恆星死亡的結果有三個,矮星、中子星以及黑洞。

我們都知道,恆星在演化的末期,也就是由主序星階段變為紅巨星,恆星在紅巨星階是非常短暫的,這期間會很快消耗掉氦,由於其內部沒有足夠的聚變物質與引力抗衡,恆星會向內部迅速坍塌,並引發更多的聚變,直到所有原子聚變為鐵,由於鐵原子核是最穩定的,不論聚變還是裂變都不會釋放能量,恆星至此失去了能量來源,會在引力的作用下迅速撞向核心並反彈,形成超新星爆炸。

超新星爆炸有三種可能,也就是恆星的三種死亡結果,其一是對於質量不大的恆星形成矮星;其二是對於質量中等的恆星,由於電子被壓入原子核與質子結合轉化為中子,形成中子星;其三是對於質量更大的恆星,即便是中子也無法支撐自身的重力就會形成黑洞。

一般認為,中子星的密度與原子核的密度相當,約為每立方米4.39805E+12~1E+15噸(t),按照平均密度5.02199E+14計算,其密度約為地球的9.11788E+13倍,如果把地球按照這個密度壓縮,被壓縮的體積差不多與熱氣球一樣大,直徑約為22米的大球。

再根據周長計算公式,可求得該中子星的周長約為70米,那麼該顆中子星每秒轉700圈,就相當於每秒轉速為700*70=49000米=49千米,其速度還不及光速的萬分之一點六,可見中子星的自轉轉速也不算高。

好了,本題的解答就到這裡,歡迎關注和留言!


地理那些事


光在真空中的傳播速度大約為每秒30萬公里,地球周長大約4萬公里,換算下來,光速也就相當於地球每秒轉7圈半時的線速度。而自轉最快的中子星每秒甚至達到了2000圈的速度。所以我們會好奇中子星赤道附近的速度有沒有超過光速呢?


其實並沒有,如果中子星的體積和地球那麼大,那肯定超過了光速。而事實上中子星的體積都特別小,半徑基本都在20公里以內。是除黑洞以外,密度最大的天體,達到了水的密度的100萬億倍。如果把地球壓縮成這樣,直徑將只有22m。


正是由於中子星體積很小,所以看似2000轉的角速度,如果按20公里的直徑算,線速度大約是25萬公里每秒,與光速還是有一定的差距。中子星並沒有超光速。


星球上的科學


光速飛行每秒可繞地球七圈半。(線速度)

中子星每秒可旋轉700圈。(角速度)

一個線速度一個角速度,你怎麼比的大小?

小明繞著我跑步,4秒一圈。

我原地自轉,1秒一圈。

我比小明速度快四倍?

由於評論的提醒,我發現這個例子不能完全解決題主的問題。

假如小明貼著我跑,確實可以認為我身體外側的某一點比小明身體向心方向的某一點快四倍。

那麼看起來有一種可能,中子星旋轉時,上面的一些點超光速了。

其實還是沒辦法超光速的,我們可以從中子星旋轉速度的形成講起。在形成中子星前,超新星的旋轉速度可能快、可能慢,但因為相對性原理,其旋轉速度不會高於c/r(其中c為光速,r為半徑。),在形成中子星的過程中,超新星向內坍縮,從而導致角動量大幅增加。

是不是有一種可能,超新星上某一點的速度小於光速,但坍縮過程中被加速,從而大於光速呢?

不會的,根據相對論的質能方程,當有質量物體速度提高時,其質量會增加,從而導致需要更多的能量才能進一步加速。如若達到光速,需要無限大的能量,換句話說,有質量物體無法達到光速。

當超新星的旋轉速度進一步提高時,外圈的線加速度會小於內圈的線加速度,從而導致超新星解體。(任何情形下的旋轉加速都會導致這個問題,只不過一般不會超過物體的受力極限)

超新星解體後,原本處於內部的部分繼續坍縮,以此循環,知道有一部分的超新星形成中子星為止。

所以,中子星上的點也沒法超光速的。

(超新星轉化成中子星的過程我省略了很多,實際情況要比我所說的複雜的多。)


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