如果有人跟你說,一塊質量大小為1g的海綿如果可以將其無限的壓縮,最終這塊海綿可以吞噬萬物。一般都會被認為不可思議,可能會認為這是不可能的,1g海綿怎麼可能會有這麼大的攻擊性呢?
當然上面這個說法並不是空穴來風,根據德國天文學家卡爾·史瓦西的學說,如果我們可以將這塊海綿無限的壓縮,最終這塊海綿確實可以吞噬萬物。
我們將這塊海綿近似看做是一個質量很小的天體,當我們將其不斷的進行壓縮時,這個由海綿形成的天體其密度就會不斷的增大,半徑和體積就會不斷的減小。最終它的密度會被壓縮到無限大;半徑和體積會被壓縮到無限小。
隨著這個由海綿形成的天體其自身的半徑不斷的減小,這個由海綿形成的天體其自身的第二宇宙速度(天體的逃逸速度)也會不斷增大,最終這個由海綿形成的天體的第二宇宙速度會達到光速,這時既使是宇宙當中運動速度最快的光也無法脫離這塊海綿。所以這塊海綿這時就可以捕捉或吞噬周圍的任何物體,也就是我們上面所說的呑噬萬物。這時這塊海綿已經變成了海綿黑洞,它這時已經擁有了極強的攻擊性。
這裡大家是不是已經感到非常震驚了呢?其實這裡我們並不需要將這塊海綿無限壓縮,這裡其實只需要將這塊海綿恰好壓縮到其自身的第二宇宙速度達到光速的臨界半徑就可以做到上面這點,實現讓這塊海綿可以呑噬萬物,讓這塊海綿變為海綿黑洞。
那麼讓這塊海綿的第二宇宙速度達到光速的臨界半徑又是多少呢?
愛因斯坦在狹義相對論中提到有質量的物體不可能達到光速,故光是宇宙中的最大速度。
根據牛頓的萬有引力定律
既 F=GMm/r^2
F代表兩個天體之間的引力,G代表萬有引力常量,M代表中心天體的質量,m代表環繞天體的質量,r代表環繞天體圍繞中心天體運動的半徑。
設:讓這塊海綿的第二宇宙速度達到光速的臨界半徑為R,這塊海綿變為黑洞後的第一宇宙速度為v,光速為c。
這裡我補充一下天體的第一宇宙速度和第二宇宙速度之間的關係
既 第二宇宙速度的平方=2倍的第一宇宙速度的平方
這裡也就是 c^2=2v^2
將天體之間的運動狀態近似看做環繞天體圍繞中心天體做勻速圓周運動
根據圓周運動的規律
既 a=v^2/r
我們再結合牛頓第二定律
v^2/r=GM/r^2
v^2=GM/r
c^2=2GM/r
r=2GM/c^2
這時r就會無限接近於R
既 R=r
也就是 R=2GM/c^2
R=2GM/c^2也就是我們在物理學中所說的史瓦西半徑公式,也叫天體最大黑洞半徑公式。
光速c大約為3×10^8m/s,萬有引力常量G數值大小約為6.67×10^-11
1g=1×10^-3Kg
代入數值計算得出:
R≈1.48×10^-30m
故這塊海綿的史瓦西半徑為1.48×10^-30m,我們只要將這塊海綿壓縮到1.48×10^-30m,這塊海綿就可以變為海綿黑洞,這時這塊海綿就可以吞噬萬物,既使是光也不例外。
當然將質量大小為1g的海綿其自身的半徑壓縮到這麼小,依靠目前人類的科技水平一定是不可能實現的。但是我相信隨著未來人類科技的發展,未來人類很可能做到成功將質量大小為1g的海綿壓縮到其自身的史瓦西半徑,成功將其變為海綿黑洞。
人造黑洞字面意思也就是人工製造的黑洞,上面我們提到的海綿黑洞其實就是一種人造黑洞。