科學船塢

對新物理《宇宙物理體系》基本概念的歸納:

1，物質是宇宙間一切有形實體存在。

2，能量是物質彈性力變化的反映。是一切無形感覺存在。

3，力是物質間相互作用。

4，慣性是物質具有保持原始狀態的性質。

5，物質受到作用力時，它會臆想把這個作用力彈回去，這種性質叫彈性。

6，宇宙空間由物質組成，物質具有彈性，宇宙空間即彈性空間網。任何星球，物體，物質，粒子在宇宙空間彈性網中皆會受到彈性網的一種力，這種力叫彈性力。

7，質量是物質的含量。用靜止時重量表示。

8，重力是流體對物體的斥力。

9，作用於人眼的能量，讓人眼看到物體，這種能量叫光。

10，時間是人表達過去，現在，將來順序的物理量。

11，空間是人表達前後，左右，上下順序的物理量。

12，物理量是對物體狀態描述的量。

13，物質性質是對物質規律的反映。

14，規律是穩定的變化。

15，科學是人類對世界認識的簡單化，通俗化，邏輯性，規律性。

16，磁是磁鐵內部粒子振動輻射的能量。

17，導線或導體把物質輻射的能量引導出來，這種引導出來的能量叫電。

18，信息是傳遞過來的感覺。

19，感覺是人對外界的反映。

20，生命是自主能量運行的物質體。

21，受力分析是物質之間相互作用的受力分析。

22，外力是物體運動的原因。打破物體平衡的力叫外力。

23，物體振動能量傳播到人耳，人耳有反映，這種能量叫聲。

天山我才

科學家通過大型天文望遠鏡觀測到，在重重的宇宙塵埃雲的遮擋之下，距離地球2.5光年的銀河系中心有一個超級大黑洞“人馬座A”，它的質量是太陽400萬倍。在這個超級黑洞巨大引力的周圍，圍繞著大量高速旋轉的恆星群，就像太陽系各大行星繞著太陽運轉一樣。

而觀測到的宇宙中，有很多大星系的中心都藏有一個超級大質量黑洞。這些黑洞巨大的引力能讓時空曲率扭曲到最大限度，即使光進入這片吸積盤範圍也逃不出它的魔掌。那些靠近黑洞的恆星自然在它非同尋常的引力下高速旋轉，就像太陽的引力帶動地球等行星旋轉一樣。

銀河系中的一切包括太陽，都在圍繞這顆超級大質量黑洞運轉。

自從1687年牛頓發現了萬有引力後，宇宙中很多現象都得到了合理的解釋，它就是兩個質量物體之間的相互吸引力，與質量成正比，與距離成反比。我們能被地球的引力吸住，而不會脫離到宇宙中，不就是很好的例子。

而銀河系中心的黑洞質量是太陽的400萬倍，仙女系中心的黑洞是太陽的1.4億倍，吸住恆星等天體圍繞著它運轉自然是易如反掌。

弄潮科學

“星系中心的黑洞為何有那麼大的引力，以至於星系外圍的恆星不被甩掉？”，通常來說星系的中心都是物質聚集區，因此星系中心的黑洞往往都是超大質量黑洞，但是星系外圍的恆星之所以不被甩掉並不僅僅是由於中心黑洞的原因。

以太陽為例，銀河系中心黑洞對外圍恆星的引力並不大

據估計，銀河系內有1500億到4000億顆恆星，太陽作為銀河系恆星中普通的一員，其距離銀河系中心的超級黑洞人馬座A*大約2.6萬光年，人馬座A*的質量大約為太陽質量的450萬倍，按照引力定律計算，二者之間的引力大小大約為2*10^16N。我們再來看看太陽公轉所需要的向心力大小，已知太陽圍繞銀河系運動的速度大約為250km/s，太陽距離銀河系中心大約2.6萬光年，由公式F=mv²/R可推算出，其需要的向心力大小大約為5*10^20N。

由此可以看出銀河系中心黑洞對太陽的引力是遠遠不足以提供太陽運行的向心力，二者之間的引力還不如太陽對地球的引力要大，那為什麼太陽沒有被拋離銀河系？

太陽圍繞銀河系的質心運動

現代科學認為銀河系的直徑大約為10萬光年，雖然作為長程力的萬有引力，其作用範圍為無限遠，但是僅靠銀河系中心的黑洞是不足以束縛住整個星系外圍的恆星的，那麼誰來提供外圍恆星運行的向心力呢？答案是：質心。

質心是一種概念，我們可以將其理解為質量的中心，或者質量集中的假想點。在處理物體的受力分析時我們常常會用到質心的概念，質心不同於重心，對於質心的理解我們可以參考下圖：

這是簡化後的木星公轉示意圖，如圖所示木星與太陽繞著其共同質心作圓周運動，木星的質量是太陽系所有其他行星質量總和的2.5倍，這使得太陽與木星之間的質心已經處於太陽表面之外。

同樣，我們可以把質心的概念推廣到太陽在銀河系的運行情況，此時為太陽提供向心力的天體就是太陽系軌道內側的所有天體，由於更多的天體集中在銀河系中心區域，所以太陽與銀河系之間的質心也位於銀河系中心地帶，因此太陽並沒有圍繞人馬座A*運轉，而是圍繞太陽與軌道內側物質的質心運轉。又或者我們可以這樣理解太陽系運行的向心力來源：首先人馬座A*通過引力束縛住其周圍的天體，然後人馬座A*與附近的天體作為一個整體提供引力源來束縛更大範圍的天體，這種“套娃”般的作用模式將一直作用到整個銀河系，即使離開銀河系後，我們也可以把銀河系作為一個整體，其提供的引力源束縛住了周圍衛星星系的運行，比如大、小麥哲倫星系。

除了質心概念外，在維持星系外圍恆星運行中，科學家認為還可能有暗物質的作用，暗物質不同於組成我們世界的普通物質，在四種基本力中，暗物質僅依靠引力與普通物質產生作用，因此我們既不能看到暗物質，也無法觸摸到暗物質，有科學理論認為整個銀河系中存在大量的暗物質，其構成了跨度達100,000至300,000光年的暗物質暈，這些暗物質對銀河系的穩定運行起到了巨大作用。

總結

雖然星系中心的黑洞引力場很強大，但是如果距離太遠，黑洞與星系外圍的恆星之間的引力也會變的很小，並不足以提供外圍恆星運行所需要的向心力，因此必然還有其他物質提供外圍恆星運行所需要的向心力，比如軌道內側的其他天體或者暗物質。

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漫步的小豆子

正好上午讀到了一篇發佈在scitechdaily的文章，用來回答這個問題。很多答主都提到了黑洞和暗物質。在學術界，暗物質是比較常見的解釋。

但是，宇宙中真的有暗物質麼？

最近，波恩大學和來自斯特拉斯堡的學者對此進行了一系列模擬實驗。他們使用特定開發的軟件，模擬了宇宙從大爆炸開始，到今天整個變化發展的過程。結果發現，當去除暗物質，並使用"修改後的牛頓引力理論(MOdified Newtonian Dynamics，MOND)\

球球大百科

拿銀河系為例來分析這個問題。據科學家估測，銀河系直徑大約有20萬光年，其中有1000億—4000億顆恆星，另外還包括大量的恆星星團、星雲以及各類星際氣體和星際塵埃，而大部分的恆星都處在銀心的周圍，越往外恆星越少，星際物質也越稀薄。

關於銀河系的中心，現在天文學家普遍認為是一個黑洞，在人馬座方向，黑洞的質量約為太陽質量的400萬倍。按照萬有引力公式，我們可以估算出銀心黑洞對銀河系內星體的引力大小，比如對太陽的引力，其值約為2*10^16牛頓。我們知道，一個物體圍繞另一個物體運轉，如果要保持穩定的狀態，那麼引力大小必須能夠保證提供必須的向心力，否則就要被甩出去。

通過計算，我們得出太陽圍繞銀心公轉所需的向心力約為5*10^20牛頓，要比銀心提供的引力大1萬倍，顯然在沒有外力的介入下，銀河系裡的恆星按照現有的公轉速度，肯定會被甩出去。科學家們通過分析，認為有兩個方面的主要原因，在維持著星系的運行。

一個是質心理論。這個理論是把一個星系看成一個整體，系內所有物體，都圍繞著這個共同質心運轉，而不是小的物體都嚴格圍繞大的物體運轉。在銀河系內，整個銀河系所有的星體，都圍繞著質量中心運行，包括銀心（銀心正好處於質量中心所在的區域），這種引力的整體性共同把各自都束縛住，互相牽制，也互相影響。

二是暗物質理論。科學家推測，在宇宙空間中，存在著95%左右的暗物質和暗能量，暗物質提供引力，暗能量推動宇宙膨脹。暗物質提供的引力大小，估計是可見物質的6倍以上。這樣在萬有引力、質心運轉、暗物質引力的共同作用下，繞著黑洞運行的星體才能不被甩出去。

優美生態環境保衛者

黑洞巨大的引力能夠吞噬所有物質，即使是光也休想逃走。那麼，兩極為什麼能夠噴發X射線、高溫等離子體、分子物質呢？

既然在黑洞奇點上，物質被擠壓成一個體積為零的幾何點。那麼，我們怎麼能穿越奇點到達另一個宇宙呢？

兩極強大的物質噴流的原動力來自哪裡？物質噴流和吸積盤究竟是什麼關係？

我質疑正統的黑洞理論。黑洞沒有引力，更不用說巨大的引力。

我認為：星系位於一個大旋渦中。旋渦力通過吸積盤向中心旋聚物質，越來越快，在自轉軸上形成颱風眼一樣的黑洞。這樣的黑洞當然引力巨大。同時，中心附近的高溫高能物質沿著黑洞壁向兩極噴發。嚴格地講，噴發物質並沒有進入黑洞，而是噴發物質形成了黑洞。從外面看起來，確實有個引力巨大的黑洞，但這個黑洞在星系中心。只有沿赤道劈開星系，才能拍攝到黑洞的照片。

你見過旋渦中的物體被甩出去的嗎？那些能夠從旋渦中掙扎逃出去的，一定不是旋渦中原來就有的物體。那些恆星都是在星系旋渦中誕生的，只能在旋渦裡隨波逐流，永遠不會被甩出去。但當旋渦消失時，恆星還是可以脫離星系，但也已經是日薄西山了。

旋渦裡的世界

銀河系直徑達到20萬光年，包含了至少2000億顆恆星，而銀河系中心的超大質量黑洞質量大約相當於400萬顆太陽，如此黑洞是如何掌控2000億顆恆星呢？尤其是銀河系邊緣的恆星？

雖然黑洞引力巨大，但僅憑黑洞的引力是無法掌控所有恆星的。這也是曾經讓天文學家們苦惱的事情，天文學家們在觀察星系邊緣的恆星運動時發現，它們運動的速度比理論計算值要快很多，按照如此速度恆星應該被甩出星系的控制，但事實上它們沒有被甩掉。

這意味著一定有什麼東西能夠產生額外的引力維繫著星系邊緣的恆星，讓它們穩定地運行，這種東西就是被科學家們稱為“暗物質”的東西。

暗物質就像宇宙中的“膠水”，粘接著我們所見到的普通物質，而且暗物質數量龐大，是普通物質的5倍之多，它們才是宇宙的主角！

所以，雖然每個星系中心都擁有一顆超大質量黑洞，但如果沒有暗物質，黑洞也是無法掌控如此龐大數量的恆星的。

想想我們的太陽系，太陽質量佔據了整個太陽系質量的99.86%，這是絕對的優勢，但銀河系中心的超大質量黑洞遠遠達不到這個佔比！

宇宙探索

黑洞引力確實很大，但是能不能甩掉外圍恆星，不僅僅是引力的作用。

基本原理

物體做定軸轉動，其速度與拉力有關。根據牛二定律，穩定時拉力（引力）與速度的平方乘正比。當速度過大時，Fi將會變大，從而物體變得力不平衡，開始遠離。當速度過小時，Fi減小，物體將被引力作用拉向圓心。

由此可見，恆星饒黑洞運行時，當速度和距離剛剛好滿足條件時（下圖），能保證物體既不會被黑洞拉近吞噬，也不會遠離。

黑洞的引力

經典力學裡，直接認為有質量的物體就會有引力。黑洞並不是真的洞，而是一個質量巨大的天體，所以天然產生引力，引力的大小與質量成正比。

相對論對引力做了解釋，認為質量造成了空間的扭曲，如上圖。扭曲的空間就會產生空間梯度，這就是引力的由來，引力來自於空間的梯度。引力方向從空間密度大的指向空間密度小的方向。

量子力學中關於引力，還有另一種解釋，引力來自引力子，不過尚未發現引力子的存在。

總結

無論哪種解釋，黑洞的引力都來自於其自身巨大的質量。外圍星系能否圍繞黑洞運行，在於其速度和距離剛剛滿足條件。

力學Nerd王小胖

我們的銀河系他非常非常的巨大。其直徑達到了10萬光年，其質量更是超越了萬億顆太陽。銀河系由銀核、銀盤和銀暈所組成，銀核代表的是銀河系的中心，那裡存在的一顆超大質量黑洞，其質量是太陽的400萬倍，它就是人馬座A*。銀盤則是銀河系的星盤，它的直徑達到了10萬光年，而銀暈則是銀河系的邊緣地區所發出的光芒，這些銀暈非常的巨大，科學家認為銀暈是星團散發出的！

引力是物質產生的相互吸引作用力，銀河系的中心又一顆超大質量黑洞組成，它的質量為400萬倍，僅靠這點質量的話是不足以支配起整個銀河系的，那麼又是什麼東西拽住了遙遠的天體呢，如果按照銀河系現有的大小來看，我們距離銀心約為2.6萬光年，而有些恆星距離銀心為5萬光年！

隨著科技的不斷進步，現在這個秘密已經被揭曉了。通過對銀河系的觀測，可以讓你發現無論這些恆星距離銀心多遠或者多近，幾乎都是以一種平均的速度進行公轉，這不符合經典力學，因為距離越遠所承受的引力就會越小，那麼只有一個可能就是有一種東西在幫助引力。而這呢就是我們所說的暗物質。

暗物質佔據了整個銀河系的90%，因此可以說引力在暗物質的幫助下，統治了整個銀河系的天體，使它們圍繞著銀河系的中心運轉。不過如果某顆恆星的速度超過了銀河系的逃逸速度的話，那麼它依然有可能脫離銀河系的引力！

宇宙V空間

實際上，能不能吸得住，是要看恆星相對於中心黑洞的線速度的。這就好比你甩鏈球，你要把鏈球甩的越快（線速度越快），那你需要拉著鏈球的力就需要越大，如果你拉不住了，鏈球才會甩出去。

至於需要用多大的力，牛頓老爺子早告訴我們了，有萬有引力定律：

所以，黑洞到底能不能拽住恆星系的根本原因，在於黑洞自身的質量夠不夠。

很遺憾，通過我們的觀測來看，是不夠的，太陽按照計算應該是不超過160km/s（相對於銀河系中心黑洞來說），實際上太陽的速度達到了220km/s。

所以說，如果只有中心黑洞的話，太陽是應該會被甩出去的，但是太陽又很老實地圍著中心黑洞在轉，所以科學家假設出了一樣東西：暗物質。它只提供引力作用，不參與剩餘的三種力的作用。總體大概是可見物質的6倍。假想出的暗物質，加上中心黑洞的質量，正好可以確保太陽不被甩出去。

關鍵字: 科學 黑洞 作用力