03.07 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


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


光速每秒繞行地球七圈半和中子星每秒自轉700圈是兩個概念,根本不能一概而論。雖然目前地球找不到任何可以達到每秒700轉的速度,但是我想說,就算有,一張光碟每秒自轉1000轉,它能超過光速嗎?答案肯定是不能的。



旋轉的中子星,其實也叫做脈衝星。高速自轉時會不斷的發射電磁脈衝,轉一圈掃過地球一次,通過脈衝信號可以確定它的自轉速度。脈衝星由此而來,但不是所有中子星都能叫做脈衝星!


目前,發現的脈衝星自轉速度其實還不止700圈一秒,最高達1000轉一秒以上。如果真的超過光速,自己首先都會分崩離析,因為引力根本束縛不住如此巨大的離心力。所以這是不可能的事。如果要用數據來說的話也可以,往下看!

既然脈衝星是發射電磁脈衝,那麼肯定是和磁場有關係的。那麼要具備超強的磁場,首先質量必須很大而體積又要很小!中子星的密度可最大可達到20億噸每立方厘米!所以在這種密度下,哪怕它是由恆星演化而來,體積也不會有多大。因為我們地球如果像這種程度壓縮,直徑只有22米。


目前,脈衝星的直徑一般在10千米左右,在知道直徑的情況下,其實很好算周長,小學生都會算。用10×3.14大約得周長31.4千米左右。這裡我們多算點,給個大大的100千米。

自轉也給大點,2000轉每秒,算下來也只不過能達到20萬千米一秒的自轉速度。亞光速都達不到。並且宇宙中也根本沒有這種脈衝星。達到腰圍100千米的脈衝星,它絕對是再壓縮進化黑洞的存在!


壹點科譜



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



光速飛行每秒可繞地球7圈半,意味著地球如果每秒自轉7圈半,其表面赤道的線速度就達到光速了,更別說700圈了。算算也是,地球周長約4萬公里,乘上7.5剛好等於30萬公里。

光速是物體運動的最高速,這是宇宙的最高法則,相對論光速不變原理已經講的很清楚了,並且也為大量的觀測所證實。因此如果真有中子星每秒鐘轉700圈,那中子星的直徑應該遠遠小於地球的12756公里,



中子星不可能有地球這樣大

據研究表明,中子星是恆星的演化末期產物,是恆星內部核聚變停止後,失去抵抗自身引力的作用,進而急劇坍縮發生超新星爆發,


中心部分物質原子的核外電子在強大引力作用下全部壓進原子核中的質子,最終形成全部由中子組成的中子星。這樣中子星的密度驚人,達到每立方厘米1億噸,因而中子星的直徑大多在10到30公里之間(法蘭克福歌德大學最新研究,最小中子星直徑僅為1.5公里),一個太陽質量大小的中子星直徑只有10公里,且質量越大直徑越小。由於角動量守恆,隨著恆星收縮形成中子星的過程,星體越轉越快。大多中子星的自轉軸和磁軸有一定的角度,在星體旋轉時射電脈衝像燈塔掃過天幕,所以旋轉的中子星又叫脈衝星。

如果中子星直徑按30公里算,周長90多公里,每秒轉700圈,線速度還不到7萬公里/秒。離著光速遠著呢。因此中子星即使每秒轉700圈也超不了光速。


物原愛牛毛1


當然不可能超光速!我們都知道V線=ωr,因此線速度的大小不僅需要角速度夠大,半徑也是重要的因素。

中子星的半徑

題中已經說了中子星每秒可以旋轉更700圈,也就是說角速度已經知道了,那麼現在需要知道的就是其半徑了。


那麼中子星的半徑我們如何得知呢?根據相關數據進行估算就行,已知中子星是由中子構成,因此密度大約就是8千萬到20億噸每立方厘米,再結合其臨界質量在1.44到3倍太陽質量後就能大概算出其半徑在10~20公里之間。

那麼我們很輕易的就能得到其V線=2πrn=88000公里每秒,這個速度我們與光速相比就會發現其只是30%光速左右,並沒有超光速。

而且隨著中子星不斷往外輻射能量,中子星的轉速會慢慢下降的!

那麼理論上天體線速度能超光速嗎?

雖然中子星的線速度沒有達到超光速,那麼理論上行星線速度可以超光速嗎?

首先結論很容易得出:在時空中任何物質的速度都無法超越光速,不然愛因斯坦爺爺就得出來了。

我們不妨想想,假如一個天體赤道的轉速到達光速,而赤道上的東西沒被甩出去,這就意味著這顆星球的第一宇宙速度大於等於光速。 也就是說,在這個星球上發射火箭,至少要使火箭能到達光速才能保證火箭不掉下來。 第二宇宙速度是火箭能離開星球的速度,第二宇宙速度比第一宇宙速度更大,也就是說需要一個大於光速的速度才能逃出這顆星球。 光的速度不大於光速,所以光跑不掉,這不就是黑洞嗎?

其實理論上黑洞本身旋轉的線速度速率是可以接近光速的,例如各大星系中心的超大質量黑洞,有很多旋轉的速度都超過了光速的90%。

當然嚴格意義上說黑洞旋轉是不對的,因為我們並不能看到黑洞本身,只能通過黑洞毗鄰的物質旋轉來觀察而已。

所以天體線速度超光速是不可能的!


科學認識論


沒有超光速,相對論是對的,真空中的光速是一個常數,並且是已知宇宙裡,物質或者信息運動最大的速度值。

光速每秒299792458米,近似30萬公里,而地球周長為4萬公里,30/4=7.5,所以光一秒確實能繞地球7圈半。

中子星是恆星的殘骸,一般由8倍太陽質量的恆星在晚期演化成的超新星爆炸而成,它的密度高達1-10億噸/每立方厘米,如此的高密度,和原子被壓碎形成的富含中子的星體密不可分。



中子星密度很大,但體積卻很小,它們直徑普遍幾十千米。如此小的體積,在繼承原來巨大恆星的大部分角動量後,轉速會更加的快,一秒鐘700圈很普遍。

但它並沒有超光速,光在一秒內能跑30萬公里,而中子星的轉速,一秒內等同於轉過的圈數乘於中子星的周長。

中子星直徑按50千米算,周長大約為150㎞,而700×150=105000千米,大約為10萬千米,仍然小於30萬千米,所以並沒有超光速。


科學新視野


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。)


飛馬白駒


答案是否定的,這是因為中子星的體積實在太小了,目前宇宙中所發現的最大中子星表面半徑也不過20公里,換算成線速度的話,我們可以得知中子星的飛行速度在2.5億米/秒左右,雖然看上去已經非常的接近光速了,但是它卻並不能超越光速。不過,如果一箇中子星的體積如同地球一般大小,那麼超過光速絕對是輕而易舉,不過那樣中子星就會變成黑洞,速度上也無法與光速相抗衡。


形象小妹


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!


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