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半径30光年的铅球坍缩成黑洞后,地球要多远才能保证不被撕碎?

30光年在现代人类看来是一个遥不可及的距离,毕竟比邻星距离才4.22光年我们都无法到达,但对于银河系将近10万光年半径,或者可观测宇宙930亿光年直径来说,简直就是一个微不足道的距离,那么我们今天就来算算,一个半径30光年的铅球坍缩成黑洞后,地球要多远才能保证安全!

为什么铅球会坍缩成黑洞?

其实无论什么物质,只要质量够大,尺寸够小那么其将被引力所压缩,最终突破极限坍缩成黑洞,假如要搞清楚为什么会坍缩成黑洞,那么需要一些前奏,要不然一句话坍缩成黑洞,可不是那么好玩!

  • 物质是怎么压缩的?

一团棉花可以压缩,因为纤维之间存在大量的空隙,空气也能很容易被压缩,因为分子间隙很大,比如气体分子的间隙是其直径的十倍,理论上空气能被压缩1000倍,当然这很难,但这只是开始而已!

但液体和固体就很难被压缩了,因为分子间隙很小几近没有,因此液体可以作为液压机中压力传递的理想物质,当然固体也可以,但事实上要让固体流动的压力我们还难以实现,所以各位先将就下用液体传递!

但两者并非不可压缩,只是压力够不够而已,因为使物体保持结构完整的电磁力在起作用,再压缩就是突破电磁力的极限了,原子核外围的电子与其他原子的电子存在相互斥力,这可是一个难以逾越的坎,即使马里亚纳海沟的压力,也仅仅只能使水体积缩小4%而已,而且这之中大部分贡献都是分子间隙压缩提供的。

不过压力继续加大,那么电子之间的斥力也难难以排斥,将会突入原子内部的空间,根据我们对原子结构的了解,原子核只占庞大原子内部空间一丢丢,所以压缩电子的效率是极高的,如果有足够大的压力,将原子核外围的电子压缩到原子核附近,呈电子简并态,那么密度将会提高N个数量级,比如白矮星物质就是,它的密度是水的1000-10000倍,也就是说一矿泉水瓶白矮星物质,有可能有5吨甚至更重。

但压力继续增加,电子会进入原子核,与质子中和成中子,此时物质的密度就是原子核的密度,当然大家都知道中子星物质的密度,大约是水的一百万亿倍,只要一立方厘米中子星物质出现在地球上,那么地球的末日就来到了。

不过中子星物质并不是终极,它可以被继续压缩,但越过它物质将被压缩成一个没有直径的点,无论多少物质它的表现就是一个没有三维尺寸但有三维位置的点。什么样的天体会让物质坍缩成这种怪胎呢?史瓦西在1916年根据爱因斯坦的广义相对论引力场公式求出了史瓦西度规,描述的就是多大质量的天体在多大直径以下时,它将被自身的引力压缩成黑洞!

天体成为黑洞后,所有一切信息都将丢失,只剩下质量与原来天体的角动量以及电荷,这就是著名的黑洞无毛定律,或者说黑洞三毛定律。

半径30光年的铅球威力如何?

其实无论是金球还是铁球这些参数都不重要,因为在这里只有一个密度参数可以用,即使是黄金坍缩而成,它一样是一个看不见的黑洞,而不是金光闪闪的黑洞。

铅的密度大约是11.3吨/立方米,那么根据球体积公式可以算出质量为4×10^49吨,各位不必惊讶,它的质量大约是太阳的2×10^22倍,木星的2×10^25倍,根据史瓦西度规可以计算出它的视界半径大约是600万亿亿千米,约合60亿光年!

根据黑洞平均密度公式,我们可以计算出这个黑洞的平均密度大约是4.47e-17克/立方米,这个密度低到吓人,大约一立方厘米几十个原子的质量,也就是和星云密度差不多,是不是很惊讶?其实黑洞无限大的密度是集中在奇点处,如果将视界作为平均密度的计算的话,那么它有可能比空气还要低得多,而黑洞的质量越大,则密度越低!

所以在这个半径60亿光年的视界处,地球是不会有任何危险的,然后穿过这个视界地球也没多大问题,大概到哪里有问题呢?我们来简单计算下:

地球介于刚体和流体之间,就d的取值就等于2吧,地球平均密度大约是5507.85千克/立方米,代入计算后得2411513619419270.828千米处,大约是254.897光年!

只要地球在距离奇点255光年以外即可万事大吉,但各位有没有发现,地球已经在它的视界内了!其实这也没啥好奇的,如果将木星和地球的密度代入计算,各位讲能算出洛希极限在木星的内部,也就是说地球撞入木星才会解体,因为地球的密度比较高,而木星的密度比较低,因此对于地球这种高密度天体来说,洛希极限会在木星内部,因此《流浪地球》中的木星洛希极限是错误的哦,不过地球距离过近,潮汐引力导致地球结构改变,导致火山喷发或者大气流失倒是正常的!

但在视界内是个什么概念?我们将无法逃离它,所有很多朋友认为宇宙就在某个黑洞的视界内,这是很有道理的,所以我们无法逃离宇宙!

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