光速飞行每秒可绕地球7圈半,而中子星每秒可旋转700圈,超光速了吗?

心系宇宙天地宽


这个问题是把中子星看得太大了。中子星其实是一颗很小的恒星尸骸,其转速再快,也超不过光速。

中子星一般半径约10公里,也就是20公里左右的直径,周长也就是60几公里,每秒钟转1000圈也就6万多公里,怎么会超过光速呢?

中子星是大于太阳质量8倍以上的恒星,演化末期发生超新星大爆炸留下的残骸,是恒星把外围物质炸飞了留下的中心那点核,质量不得超过太阳质量的3.2倍(这个数据尚无最终准确定论),这个叫做奥本海默极限,超过这个极限就做不成中子星,会继续坍缩成一个黑洞。

但中子星的质量下限是比较准确的,叫钱德拉塞卡极限,就是白矮星的最大极限不得超过太阳质量的1.44倍,超过这个质量就必然会坍缩成一个中子星。

因此中子星是一个密度极高的星球,目前已知除了黑洞,还没有什么星球有这么大的密度。其上的物质是一种被超高引力压力高度压缩的特殊物质,原子被压碎,电子被压到了原子核,与质子合并成为中子,加上原来原子核的中子,整个星球就是一个大中子核。

这个大中子核的密度达到每立方厘米1亿~20亿吨,你如果不信,稍微计算一下就知道了,1.44倍~3.2倍太阳质量,压缩到一个20公里直径的球里,质量除以体积就能够得到其密度了。

因为中子星的转速是继承了恒星爆炸前的角速度,越小就越快,因此一个巨大的恒星变成这样一个小球,当然转速就非常高了。

现在发现最高转速的中子星(会转的中子星又叫脉冲星)是一个叫PSR0535-69的脉冲星,距离银河系16万光年,其转速高达每秒1968转!

即便如此,其赤道线速度也达不到光速,据称这个脉冲星半径约20公里,这样其赤道线速度达到甚至超过了0.8倍光速!

即便如此,也没有超过光速,并没有违背相对论光速藩篱原则。

中子星是一种特殊极端的星球,我们只能远远的研究它,利用它(导航),永远也无法靠近它,更别说去上面取一小块物质了(许多人幻想弄一块到地球会咋样)。

地球自转赤道线速度为每秒466米,只是脉冲星的几十万分之一,就不要去比了。

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时空通讯


地球的赤道周长约为4万公里,而宇宙中的最快速度,也就是光速,速度在30万千米每秒,所以说,光可以一秒钟绕地球赤道七周,不过光是沿直线传播的,所以光并不会绕着赤道走,只不过为了形象描述光速之快,我们用这个打比方。

在宇宙中,有一种奇怪的天体,它的密度仅次于黑洞,每一立方厘米的质量达到了8千万到20亿吨之多,它的密度即相当于原子核的密度,也就是水的一百万亿倍。如果把地球压缩成和这个天体一个密度的话,那么地球的直径将会只有22米,而这个可怕的天体不是别人,正是中子星。

和白矮星一样,中子星同是恒星生命末期可能形成的状态之一,只不过相比于形成白矮星的恒星,中子星的母体恒星,质量更大,一个典型的中子星,其质量介于1.35倍到2.1倍太阳质量之间,但是其半径仅仅只有10到20公里。中子星除了高密度,小体积之外,还有另外一个特点,在恒星演化成中子星的过程中,由于角动量守恒的缘故,中子星的自转周期越来越短,甚至短至1/700秒,也就是说,每一秒钟,中子星可以自转700周!

既然中子星的自转速度都这么快了,那么中子星的自转线速度能不能超过光速呢?答案是不能,而且差得远了,原因在于虽然中子星自转周期短,但是其半径很小,所以其自转线速度的最大值和光速相去甚远。

其实我们可以稍微计算一下,假设一中子星的半径达到了20千米,而自转周期为1/700秒,那么其表面的线速度为8.8万千米每秒,而光速为30万千米每秒,所以中子星表面的线速度最大值连光速的三分之一都达不到,更别提这还是按照最大值进行计算的,而实际上中子星的半径和自转频率不可能同时达到最大值,因为如果半径越大的话,那么自转频率就会越低。所以说,中子星表面自转线速度是不会超过光速的。

事实上,光速最快原理已经是一个真理了,这不容质疑,宇宙中没有任何物体运动的速度可以超过光速,如果中子星自转速度可以超过光速的话,那么科学家早就会知道了,所以可见光速最快原理是多么正确。从1934年中子星被预言存在到1969年首颗中子星被观测发现到中国的FAST天眼接连发现脉冲双星,人类对于中子星的认识越来越深入了,中子星这颗神秘的天体,正在被人类慢慢认知。


镜像科普



地球和中子星的密度差别简直是天上地下,我们的地球只是一个普普通通的岩石金属行星,而中子星是由大质量恒星晚年的核心区域坍塌而成的,其密度高达每立方厘米10亿吨,但也正因为如此高的密度,中子星的体积一般都不会太大。

一颗典型的中子星直径不过几十公里,每秒30万公里的光速一秒钟绕它几百圈也属于很正常的事,光速一秒钟绕地球七圈半只不过是因为赤道周长4万公里而已。



我们宇宙中的极端天体基本上都和恒星有关系,太阳这种黄矮星晚年膨胀为红巨星再进一步就会坍塌成一颗白矮星,密度虽然没有中子星那么恐怖但每立方厘米也有十吨左右,而中子星只是白矮星在引力作用下进一步坍塌的结果,如果引力再大一点的话中子星还会坍塌成密度更大体积更小的夸克星,夸克星再进一步坍塌就是黑洞了。

在我们的宇宙中并不存在超光速现象,一颗半径20公里的中子星理论上能达到每秒2000转,这样算下来其赤道地区的线速度也才每秒25万公里左右,和真的光速还是有一定差距的。地球上的物理学家曾经在一次粒子实验中测到过超光速的数值,但后来发现只是电缆接松了而已,调整好后超光速数值立马消失了。



其实像中子星这类极端天体,其表面物质只能在中子星上保持其状态,也就是说一旦中子星物质离开中子星,那么原先被强大引力所强行压缩的物质瞬间就会变成普通物质,随之而来的还有强烈的爆炸。


宇宙观察记录


地球半径6371公里,赤道周长约4万公里,而光速是每秒30万公里,所以光可以在一秒内绕地球7圈半,而中子星由于密度极大,其特征半径只有10公里,所以中子星即使每秒旋转数百圈,其线速度也远远达不到光速,光速至今还是宇宙中物体运动速度的极限。

中子星质量越大,半径越小,一般在1.4至3倍太阳质量之间,其星体物质几乎都是中子,通过中子简并压来抗衡引力,形成稳定的星体。因此中子星的特征半径只有10km大小,计算中子星密度:约10亿吨/立方厘米。

中子星具有很强的磁场,其磁轴与自转轴呈一定角度,沿着磁轴发射的辐射束会跟随中子星自转,就像灯塔的光速扫过一样,所以中子星可以作为宇宙中的灯塔来定位,也成称为脉冲星。

人们最早以为这种周期性规律的脉冲信号是外星人发送的电报,后来天文学家才明白这种脉冲信号是来自中子星这种特殊天体。

我国最近建造的大型射电望远镜-天眼,目的也不是为了寻找什么外星人,就是为了发现更多新的中子星。


量子实验室


首先,每秒钟旋转多少圈并不是问题的关键,关键是中子星到底有多大,地球和中子星是完全不同的两类星球,当然不能用地球的大小衡量中子星的旋转。

中子星是大质量恒星死亡后的产物,密度非常高,仅次于黑洞,但高于白矮星(太阳死亡之后就成了白矮星),而如果把地球变成中子星,直径就只有22米,而太阳变成白矮星直径只有10公里。普遍认为,中子星的约为16-32公里。

即使是按直径最大的32公里计算,每秒钟旋转700圈,速度也只有每秒8万公里左右(计算并不难),与光速相差很大。

所以,中子星确实很恐怖,但这远不意味着中子星可以超越光速,我们也不能用一种惯性思维去思考中子星的运动。同时,更不能单纯地凭借自己的想象和感觉去下结论,任何结论都要建立在事实基础上。

网络上有些人对于爱因斯坦的光速限制总是感觉不解,甚至不相信,总是以各种想象各种假设试图推翻相对论中的光速限制,比如最常见的“各种如果和假设”,假设一个直径一光年的轮子转动起来不就轻松超越光速了吗?

但事实上类似这种假设没有任何意义,因为假设本身就不存在,或者不会发生。即使存在直径一光年的轮子,也能转动起来,但转动的速度也不会超越光速,就类似地球和太阳甚至银河系等天体的旋转一样!


宇宙探索


中子星的直径在十公里到二十公里之间,质量越大体积越小。我们不妨按照中子星的最大直径来计算:20×3.14×700=43960。可以看出中子星的最大外径不过是六十二点八公里,乘以七百周的线速度不过才四万三千九百六十公里,距离光速还有很大一段距离。所以不用设想会出现超光速的情况。


无船也渡河


《宇宙物理体系》28个短视频目录:

1《宇宙物理体系》

2物质和能量

3质量重量

4磁和电

5时空

6光

7浮力

8饱和原理

9信息传播

10火箭发射

11苹果下落

12磁铁相吸

13地球绕太阳转

14飞机上升

15太阳能量方式

16月球重力

17力分析

18力传播

19力与速度

20传播力

21受力分析

22宇宙机理

23望远镜

24物理用词

25性质和量

26生命

27力分析举例

28摩擦力


天山我才


感谢提问!要解答这个问题,我们至少需要搞清楚题中关于地球周长、光速、中子星等几个概念性的问题,下面且看小地作答!

1、光速定义及数值<strong>

光速是指光波在真空或介质中的传播速度,它是目前世界公认的自然界物体运动的最大速度,每秒钟可运行299792.458km(约为30万千米/s)


2、地球简况

地球是一个不规则的椭圆球体(下文按正球体计算),它是距离太阳第三近的行星,其质量、密度和大小排在四大类地行星之首,分别为M=5.965E+21(t)、ρ=5.50785T/m³、⌀=12756(km),根据圆周长计算公式C=πd=2πr可求得环绕地球一周的长度C=3.14*12756=40053.84千米。

通过上述列举的各类数据,我们可以计算出光在一秒钟之内可以围绕地球299792.458/40053.84=7.48圈,接近题主所说的7圈半。那么中子星每秒可旋转700圈,是不是就超光速了,这个就要看中子星的大小了。

3、中子星是何物?

记得早在读小学四年级的时候,就听到有人说假如一个针尖大小的中子星物质掉到地面上,足以把地面压塌,那是年幼还不知所以然,随着知识和阅历的增多,渐渐对天文地理产生了浓厚的兴趣,对中子星也多了一些了解。

中子星一种介于黑洞和白矮星之间的星体,其密度大小仅次于黑洞,它是由恒星演化而来,一般来说由于质量的不同恒星死亡的结果有三个,矮星、中子星以及黑洞。

我们都知道,恒星在演化的末期,也就是由主序星阶段变为红巨星,恒星在红巨星阶是非常短暂的,这期间会很快消耗掉氦,由于其内部没有足够的聚变物质与引力抗衡,恒星会向内部迅速坍塌,并引发更多的聚变,直到所有原子聚变为铁,由于铁原子核是最稳定的,不论聚变还是裂变都不会释放能量,恒星至此失去了能量来源,会在引力的作用下迅速撞向核心并反弹,形成超新星爆炸。

超新星爆炸有三种可能,也就是恒星的三种死亡结果,其一是对于质量不大的恒星形成矮星;其二是对于质量中等的恒星,由于电子被压入原子核与质子结合转化为中子,形成中子星;其三是对于质量更大的恒星,即便是中子也无法支撑自身的重力就会形成黑洞。

一般认为,中子星的密度与原子核的密度相当,约为每立方米4.39805E+12~1E+15吨(t),按照平均密度5.02199E+14计算,其密度约为地球的9.11788E+13倍,如果把地球按照这个密度压缩,被压缩的体积差不多与热气球一样大,直径约为22米的大球。

再根据周长计算公式,可求得该中子星的周长约为70米,那么该颗中子星每秒转700圈,就相当于每秒转速为700*70=49000米=49千米,其速度还不及光速的万分之一点六,可见中子星的自转转速也不算高。

好了,本题的解答就到这里,欢迎关注和留言!


地理那些事


光在真空中的传播速度大约为每秒30万公里,地球周长大约4万公里,换算下来,光速也就相当于地球每秒转7圈半时的线速度。而自转最快的中子星每秒甚至达到了2000圈的速度。所以我们会好奇中子星赤道附近的速度有没有超过光速呢?


其实并没有,如果中子星的体积和地球那么大,那肯定超过了光速。而事实上中子星的体积都特别小,半径基本都在20公里以内。是除黑洞以外,密度最大的天体,达到了水的密度的100万亿倍。如果把地球压缩成这样,直径将只有22m。


正是由于中子星体积很小,所以看似2000转的角速度,如果按20公里的直径算,线速度大约是25万公里每秒,与光速还是有一定的差距。中子星并没有超光速。


星球上的科学


光速飞行每秒可绕地球七圈半。(线速度)

中子星每秒可旋转700圈。(角速度)

一个线速度一个角速度,你怎么比的大小?

小明绕着我跑步,4秒一圈。

我原地自转,1秒一圈。

我比小明速度快四倍?

由于评论的提醒,我发现这个例子不能完全解决题主的问题。

假如小明贴着我跑,确实可以认为我身体外侧的某一点比小明身体向心方向的某一点快四倍。

那么看起来有一种可能,中子星旋转时,上面的一些点超光速了。

其实还是没办法超光速的,我们可以从中子星旋转速度的形成讲起。在形成中子星前,超新星的旋转速度可能快、可能慢,但因为相对性原理,其旋转速度不会高于c/r(其中c为光速,r为半径。),在形成中子星的过程中,超新星向内坍缩,从而导致角动量大幅增加。

是不是有一种可能,超新星上某一点的速度小于光速,但坍缩过程中被加速,从而大于光速呢?

不会的,根据相对论的质能方程,当有质量物体速度提高时,其质量会增加,从而导致需要更多的能量才能进一步加速。如若达到光速,需要无限大的能量,换句话说,有质量物体无法达到光速。

当超新星的旋转速度进一步提高时,外圈的线加速度会小于内圈的线加速度,从而导致超新星解体。(任何情形下的旋转加速都会导致这个问题,只不过一般不会超过物体的受力极限)

超新星解体后,原本处于内部的部分继续坍缩,以此循环,知道有一部分的超新星形成中子星为止。

所以,中子星上的点也没法超光速的。

(超新星转化成中子星的过程我省略了很多,实际情况要比我所说的复杂的多。)


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