黑洞到底有多大? 形象化解释不同质量的黑洞

中国科普博览 2018-01-20

黑洞到底有多大? 形象化解释不同质量的黑洞

这个空间叫史瓦西半径(Schwarzschild Radius)。如果你将任何一个有重量的物质压缩至史瓦西半径的空间内,那么这个物体的密度将大得无法想象,以至于任何东西都逃脱不了它的引力,甚至光线。

黑洞到底有多大? 形象化解释不同质量的黑洞

如果你想把自己变成一个黑洞,你需要将身体压缩至比一粒沙子还要小10的21次方的空间。但若把更大质量的物体压缩成黑洞时,奇怪的事情就会发生。

我们以波音777飞机为例,如果喷气式飞机突然变成黑洞,它的整个质量将被压缩到一个难以想象的小半径区域,只有3.386的-22次方米。

黑洞到底有多大? 形象化解释不同质量的黑洞

为了比较,用最小的原子氢原子相比,其半径仅有10的-11次方米。这相当于把人类红细胞的大小和整个西西里岛相比一样,令人难以置信。

由于受到霍金辐射的影响,这个极其微小的黑洞也不会持续太久,大概在一秒钟内,整个物体的质量会完全蒸发掉。

在这段时间内,更奇怪的事情会发生。这个微小的黑洞会转化为为相当于5万亿吨级TNT的爆炸的能量。这比人类曾经引爆过的最大的核弹(沙皇炸弹)还要强大8.7万倍,足以彻底消灭整个地球。

黑洞到底有多大? 形象化解释不同质量的黑洞

如果你想把珠穆朗玛峰变成一个黑洞,你需要把整个山脉压缩成一个小于一纳米的空间,这个长度只有十亿分之一米,相当于十个氦原子相互并排放置的大小,这简直不可思议。

因此,如果我们把一个像地球这样的大物体变成黑洞,那么事情可能会更容易理解。如果我们这样做,整个星球,包括你所知道的、爱过或恨过的一切,每一个曾经存在于这里的人,得被压缩成一美分硬币大小的空间内。如果你用这个一美分大小的黑洞代替地球,我们的太阳系什么都不会改变。我们的月球将继续围绕这个黑洞旋转,好像什么也没有发生,因为质量将没有发生变化。

黑洞到底有多大? 形象化解释不同质量的黑洞

但是,如果你想把太阳变成黑洞,你就得把整个太阳都压缩在半径只有三公里的空间里。这样的空间只有大约1.5个美国中央公园大小,但它包含了整个太阳的质量。黑洞一旦形成,它将通过吸收其他物质的方式而开始增长,包括周围的气体、尘埃、甚至会吞噬整颗恒星和太阳系。他们甚至可以吞噬其他更小的黑洞,并迅速增长。

以黑洞XTE J1650-500为例,它被认为是迄今为止发现的最小的黑洞。它的半径只有十二公里,比美国曼哈顿岛稍大一点,但这个空间相当于5到10倍于太阳的质量,更别说气体潜伏在太空中更大的黑洞了。

再拿一个黑洞GCIRS 13E举例,尽管对这个黑洞的了解不深,但它的大小大致与欧洲大陆相同,质量相当于1,300个太阳。但即便如此,与其他一些黑洞相比,这个数字还是非常微小的。

黑洞到底有多大? 形象化解释不同质量的黑洞

比如中等大小的黑洞HLX-1,它的半径为29.53万公里,大约相当于四个木星并排排列起来那么大,但却拥有十万个太阳的质量!

再来看看潜伏在银河系中央的另一个被称为射手座A的超大质量黑洞。它的半径约1270万公里,大约是从地球到金星的距离的5%,但这个怪物却相当于430万个太阳的质量!

黑洞到底有多大? 形象化解释不同质量的黑洞

尽管这听起来很疯狂,但我们所知整个宇宙中最大的黑洞S50014+81(被称为世界毁灭者),由于其独特的外形,它的半径是地球和太阳之间的距离的1600倍,却包含了四百亿个太阳的质量!在人类的认知里,太阳已经是一个令人难以置信的庞然大物了,再将它乘以四百亿次。

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如果你比较好奇心的话,这质量相当于这么多丰田卡罗拉排列在一起,我甚至不会试图说出这个数字,你可以看看它,理解它,或感性认识到有很多很多很多……

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