时空通讯

发布时间：07-3016:37星问答计划创作者，百家榜创作者，科学达人，优质创作者

光速为宇宙最高速度，但会与引力发生作用。

引力是什么？爱因斯坦告诉我们是时空弯曲，是物体质量的基本属性。意思就是，凡有质量的物体，都会对自己周边时空产生扰动，这种扰动就是会弯曲周边的时空，产生类似漩涡或者陷阱的场，这种导致物体相互靠拢和掉进对方陷阱的趋势，表现出来的现象就是相互吸引的引力。

物体质量很小时，这种扰动和弯曲很小，在我们平常生活中很难感受出来。我们在地球上，除了地球引力可以吸引住地表一切，其他所有物体，比如一栋大厦、一座山，我们都感受不到它的引力。当物体质量一个星球级，这种时空扰动和弯曲就无法忽视了，其表现出的引力就会吸引住慢速的东西。

当引力足够大时，快速的东西也会受影响。比如光在经过太阳时，也会被太阳巨大的引力拉弯，这种现象在1919年发生全日食时，就被英国专门组织的远征队观测所证实，得到太阳边缘处星光偏折1.66″±0.18″的结论，与爱因斯坦测算基本吻合。

由此，爱因斯坦广义相对论风靡世界科学界。

摆脱引力的唯一途径就是速度。

时空弯曲形象比喻有点像我们生活中看到水中或者台风形成的漩涡，足够快速度的船或飞行物，就能够逃脱漩涡。其实要逃脱时空陷阱或漩涡的方法也只有一样，就是速度，只有速度足够快，就能够逃脱引力的控制。

那么速度要多快才能够摆脱引力呢？这就需要根据引力定律来推算了。

引力定律是牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》一书中创立的，简单表述为：F=GMm/r^2。公式中F表示引力大小值，G为引力常量，M和m为引力作用双方两个大小物体质量，r为两个物体质点之间的距离。

引力常量是两个1公斤的球体，质心相距1米距离的引力值，约等于6.67x10^-11N·m^2/kg^2。

从这个公式我们可以看出，引力大小是与质量成正比的，与物体之间距离平方成反比的。根据这个定律，可以推算出逃离引力的速度，这就是逃逸速度，公式表述为：v=√（2GM/R）。

这里，v为逃逸速度，G为引力常量，M为天体质量，R为天体半径。这个逃逸速度是指在天体表面上的逃逸速度，距离天体越远，所需逃逸速度则越小。

根据公式我们可以计算出在地球表面，逃逸速度为11.2km/s，太阳表面逃逸速度为617.7km/s。

最大的恒星引力能够拉住光线吗？

从上面逃逸速度来看，质量越大的天体，逃逸速度就需要越大。真空光速为299792.458km/s，有什么样的天体需要这样大的逃逸速度呢？如果需要这么大的逃逸速度，光线才能够被拉住。但一般恒星的逃逸速度距离光速还是太远了，比如太阳，表面逃逸速度才617.7km/s，只是光速的1/485，因此光线飘过太阳时没有半点停顿，只是稍稍弯曲了一点点。

那么更大质量的恒星能够抓住光吗？我们来看看迄今发现最大质量恒星r136a1的逃逸速度是多少。r136a1是坐落在大麦哲伦星系蜘蛛星云中的一颗恒星，距离我们16万多光年，其质量约太阳的265~315倍，半径约太阳的28.8~35.4倍。

现在我们按照300倍太阳质量，半径30倍太阳这个参数，代入逃逸速度公式，来计算一下r136a1恒星的表面逃逸速度需要多大。

太阳质量为1.9891x10^30kg，半径为696000km；300倍太阳质量为5.9673x10^32kg，30倍太阳半径为20880000km，代入公式计算：

v=√{[2x(6.67x10^-11)x(5.9673x10^32)]/20880000000}≈1952547m

由此算出r136a1表面逃逸速度为1952.547公里，与光速完全不在一个档次上，因此光线经过宇宙中最大的恒星，也还是只会弯曲一点点。要知道全宇宙的所有光都具有光速不变，光速恒定的性质，这样，r136a1当然也就拉扯不住自身发出的光线了。

人都是依靠光来感知世界的，没有光就什么也看不到。正因为恒星根本吸引不住自身光线，才是我们能够看到所有恒星的原因。

那么有没有能够锁住光线的天体呢？

当然有，那就是黑洞。但要拉住光线也是有条件的，就是在黑洞的史瓦西半径以内。黑洞不让一丝光离开自己，因此人们看到的就是一个黑咕隆咚什么都没有的洞。有人会问，有些黑洞还没有恒星质量大，为什么引力会那么大呢？

这是因为黑洞体积非常小，这才是问题的实质。而同等质量的物体比较，黑洞成了最小的那一个。黑洞的这种性质完全诠释了引力定律的精髓，即引力大小与质量成正比，与距离成反比。这里最需要理解的就是“距离”，因为引力大小是与距离平方呈衰减趋势的，因此靠近质点越近，引力就会变得也极端。

而白矮星、中子星、黑洞这些极端天体，正是天体表面距离质心越来越近的天体，就一个比一个引力更极端。比如中子星，一个约太阳质量3倍的中子星，其半径只有15km左右，只是太阳半径的46400分之一。也就是说这个中子星表面距离质心只有15km，这样其引力就成平方指数增强。我们来计算一下这个中子星表面逃逸速度：

v=√{[2x(6.67x10^-11)x(5.9673x10^30)]/15000}≈230367506m

我们可以看出，太阳质量三倍的中子星，如果缩小到15km半径，其表面逃逸速度就需要23万km/s，已经快要到达光速了。

黑洞的表面就是史瓦西半径临界面。

根据奥本海默极限理论，当中子星质量到达太阳3倍左右时，中子简并压就无力支撑本体巨大的引力收缩压而进一步塌陷了，最终会坍缩成一个黑洞。任何物体坍缩到自己质量的史瓦西半径内，所有物质就会无限坠落到中心那个无限小的奇点上，这就是黑洞。

史瓦西半径是任何物体的质量临界半径，是围绕在奇点周围形成的一个球形空间，这个半径大小与质量成正比。在这个半径球形空间里，中心奇点具有无限曲率，也就是导致的时空陷阱或者说漩涡会无限弯曲，表现出无穷的引力。因此在这个范围，任何物质都无法逃脱，只会无限坠落，即便这个物体达到光速，也就是说光也无法逃逸。

这个史瓦西半径有多大呢？计算公式为：R=2GM/C^2

公式里，R为史瓦西半径值，G为引力常量，M为天体质量，C为光速。

根据公式计算，地球史瓦西半径约9毫米；太阳史瓦西半径约3000米，而1个3倍太阳质量的黑洞，史瓦西半径约9千米。

不管什么天体，只要质相等，理论上引力都是一样大的。

黑洞的引力并不违背引力定律原则，同等质量的黑洞与同等质量的恒星，引力理论上是一样大的。问题是黑洞的史瓦西半径太小了，已经靠近了质量核心了。如果太阳成为黑洞，在距离其核心3000米的地方逃逸速度达到光速；但太阳表面距离核心有69.6万千米，当然引力就衰减得很大了，逃逸速度就只有光速的1/485了。

因此如果一个太阳大的黑洞，在我们地球轨道距离太阳1.5亿公里位置，与太阳引力是一样一样的。

结论：宇宙中所有恒星都没有办法吸引住自身辐射出的光。

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

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