中子星重力加速度是地球的100萬億倍,那如果從距離它幾百公里高的地方自由落體,落地速度就達到光速了?

時間 2021-05-07 06:42:22

1樓:小皮皮

首先根據加速度來講任何物體要是加速到光速是需要耗費無限大的能量的。所以說不管中子星有多大的引力速度,他都不可能將乙個物體加速到超光速或者光速。不管是中子星還是黑洞。

總之,任何物體絕對不可能達到光速,除非是負物質。

2樓:阿道夫.安東尼

首先你這個100萬億倍,還是中子星嗎?而且加速也得近地表啊!近地表物體隨著自由落體,加速度會越來越小,先不說別的,如果真的100萬億倍,你覺得哪個物體能在這種加速條件下能自身不解體?

其次簡單的根據克卜勒的公式去算逃逸速度但不知道中子星半徑多少,也沒法求出,你再怎麼自由落體也不可能加速到逃逸速度,如果能加速到光速在落地前,你這就不是中子星也不是黑洞了,黑洞逃逸速度也才3.0x10*8m/s。你這個問題就很莫名奇妙。

3樓:海丁一

先說―下夲囘答的思路, 首先我傾向於曇花再現的覌點: 反對本題中所有拿相對論中的貭速公式『說事的答案。 其次, 在下確實不懂相對綸, 在夲題中都在牛頓力學框架下作分析, 最後其結果也謙用相對論的科普語言作些解釋。

有不妥處望知友指正。

1 地球表面的重力加速度是9. 8m/S^2, 中子星表面的重力加速度是地球表面的100萬億倍是:

g=9, 8m/S^2ⅹ10^14=9、 8×10^14 m/S^2

2 中子星的平均密度 Q=10^17 Kg/ m^3

3 對密度均勻的球體, 其表面重力為: mg二4兀GQmR/3 兩邊消去m得球體半徑::

R=3g/4/兀/G/Q二3、51ⅹ10^7 m二35I00 公里。

4 中子星體積是: A=(4兀R^3)÷3 =1 ,8x10^23 m^3

中子星貭量是 : M=(4兀QR^3)÷3=1,8Ⅹ10^40Kg =9 . 15Ⅹ10^9 太陽質量

5 由機械能守恆可求得中子星表面逃逸速度。

1/2mV^2=GMm/R 兩邊消去m, 再代入M簡化得:

8兀GQ/3)^1/2)R=2. 624×10^11m/S>C二3Ⅹ10^8 已超光速3個量級

6 黑洞的視界半徑 r=(8兀GQR^3)/3/C^2=2、865X10^13 m =268億公里

7 從中子星表面以上幾百公里髙的p點自由下落到中子星表面時的速度是: 假設P點

取較小值100公里、該髙度半徑為: r(P)=R+0、01ⅹ10^7=3,52X10^7m

由機械能守恆有: 1/2mV^2二2兀GQm(.r(P)^2―R^2)/3 兩邊消去m並簡化得:

4兀GQ〈r(p)^2一R^2)/3)^1/2二14X10^10m/S>C=3Ⅹ10^8 m/S

已超了差不多3個量級了。由上式知: 取中子星不同的表面萵度h自由下落、將得到不同的落地速度 。例如取

h公里100300500700900

r(p)X10^7m3, 52 3. 543 563. 583. 60

10^10 :m/S : 1. 4015 2. 4313, 143 3、724 4; 228

由此可以看出、離地面越高落地速度越大。而且都是超光速的。

8 在此把上面的分析歸納如下:

丨) 該中子星半徑: R二3,5丨Ⅹ丨0^7m =35丨00 公里

2) 該中子星.的黑洞視界半徑 r二2、68X丨0^丨3 m =268億公里

3) 從中子星表面以上丨00 公里的髙處自由下落到中子星表面、 其落地速度!

V=丨.4Ⅹ丨0^丨0 >C=3Ⅹ丨0^8 m/S 已經超光速了、若從8百 . 9百公里髙處落下就更超了

4黑洞視界半徑和中子星實體半徑之差r一R二2, 6799965X10^13m~267億公里

黑洞視界半徑與中子星實體半徑之比是: r÷.R=7、601x10^5=76 萬倍

這個情況很少很少, 只有在星系核中心才有可能有!

9、 在本題中 、只要中子星半徑 Re=(3÷『(8兀GQ)^(丨/2))Ⅹc=13288. 24m=13. 3 公里就是黑洞的臨界半徑, 其表面速度就達到逃逸速度光速了。

由此可知夲題35I00公里半徑中子星的視界有多大了(如前面所算的)。問題主要在於黑洞視界以內的超光速, 它存在嗎? 是的, 它應該存在 :

(丨) 廣義相對論的基礎是等效原理、 它與狹義相對倫的光速不變原理毫不相關。 光速不變原理是愛因斯坦為推導絡倫茲變換所作的人為約定。 只有在它適用的前題下,只對覌測計算有自洽調整作用 ,並不具有客覌實在性。

是否超光速與它無關。

(2) 在廣義相對倫中、 在引力飭中運動的粒子, 不論是亞光速還是超光速, 都是在的隨動座標系中作慣性運動, 沒有加速度的概念、 因此也就沒有牛頓力或質速關係的說法。 粒子運動速度的大小完全依賴於質量及其分布決定的空間曲率, 完全不受貭速關糸所限定的超光速運動, 所以, 在廣義相對論的引力場中, 諾黑洞的視界半徑大於中子星的實體

半徑, 那在.視界半徑內超光速是允仵的、 也是必然的。 這也是黑洞視界的正當解釋。

(3) 黑洞及其視界是什麼? 我們往往只強調任何粒子在視界上只進不出, 什麼資訊也看不到, 黑洞真黑阿, 裡面什麼也不知道 。實際上不是這樣。

比如說視界: 它僅僅是粒子運動在路過這時, 其速度由壓光速增加到超光速的乙個數學分介面、而非物理面, 所以粒子在, 這個過程中的狀態應核是連續的穩定的。只是光速超得越耒越大。

如果不是這樣, 那視

界裡的某些髙能粒孑就有可能衝出視界, 使黑洞破相 !

4樓:096

不妨做乙個估算:

假設存在乙個1.5倍太陽質量、半徑7.5e8m的孤立恆星,最終變成了中子星。

已知中子的質量mn≈1.675e-27kg,

中子的半徑r≈1fm,

所以可以估計中子星的密度ρ為10e17~18kg/m量級,

不妨取ρ=5e17kg/m,

從而可以解出這個中子星的半徑約等於11.3km。

首先,容易算出其史瓦氏半徑約為2.2km,所以這並不是坍縮成了黑洞。

另外,太快的自轉會不會產生太大的離心加速度,也必須要考慮。

在變成中子星的過程中,通過角動量守恆(質量不變),可以得出整個過程中恆星的半徑平方與自轉週期的比值為定值(假設其形狀一直保持為球體);

如果這個恆星在變成中子星之前的自轉週期T0≈50天,那麼變成中子星後,其自轉週期T≈9.8e-4s。

如果將這個中子星當做球體計算的話,這個自轉在赤道上會產生4.6e11m/s的離心加速度;不過幸運的是其表面附近的重力加速度有大概1.6e12m/s,所以這個中子星至少是可能存在的,不過太大的自轉速度依然會導致其嚴重變形。

不過作為估算,我們依然可以將其視為球體。

這個中子星的質量約為太陽的1.5倍,半徑11km,

先假設不涉及相對論效應,可以直接套經典物理的公式算出其第二宇宙速度為

√(2GM/R)≈1.9e8m/s,

這個速度已經是相對論速度了,所以應該考慮相對論效應——相對論效應只會讓這個值更小。

而無論是否考慮相對論效應,這個值都沒有超過光速。

當然,直接從相對論的角度更容易解釋,可以直接說物體速度接近光速時動能趨於無窮,而中子星能用於轉化為物體動能的引力勢能是有限的(中子星是有大於史瓦氏半徑的半徑的),所以物體即使從無窮遠處落向中子星表面,最終也不會超光速。

5樓:shangya

要從幾百公里外對重力開始積分,得出重力的功才行,即動能的增量,然後你會發現最後的增量十分有限,根本不能達到光速。

原因是重力與距離成平方反比,無窮遠處重力為零。

6樓:qfzklm

那個伊卡魯斯二號說的很清楚了。。

要是有人不明白什麼機械能守恆或者認為需要考慮相對論的,我給乙個更簡單的解釋。。

時間反演會不會?

想象乙個從表面發射出去的物體,最終到達無窮遠處速度恰好為零,那個初速度就是逃逸速度。。如果時間反過來,就是從無窮遠處自由落體的。。

7樓:天五十

這個答案下面怎麼都說和相對論沒關係的,不懂,我就用牛頓力學,不考慮相對論,從離中子星a的地方被拉到b的地方,動能是GMm(1/b-1/a),只要這個值比1/2*m*c^2不就可以達到光速了嗎,大家都沒有答到點子上

事實上,從無窮遠拉過來,動能至多是GMm/r,而逃逸速度就是從表面到無窮遠速度恰好減為0,所以理論上,不考慮相對論,只有黑洞可以把物體拉到表面上速度為光速,但是考慮相對論,無論中子星還是黑洞都不能拉到光速

還有,話說乙個無限接近臨界質量的中子星不就和黑洞幾乎一樣嘛

8樓:

為什麼那麼多回答扯到相對論啊,完全不用啊。。。

很簡單的一句話,中子星重力加速度是地球的N倍(不管N是100萬億還是1000萬億),這個N只在中子星表面很近的地方成立,而距離遠了以後將成指數下降。或者說,題主說的情況是勻加速場才能實現的,然而真實的重力場並非勻加速場。

g(中子星)=GM/r^2,看到分母上的r以及平方了麼?距離稍微遠一點g就小的忽略不計了。

多補充一句,幾百公里對於地球來說可能影響不大,因為地球的r比較大。但幾百公里對於中子星而言可太大了,中子星是通過壓縮原子內的空間從而達到超大密度與超大重力的,而質量上一般中子星也就幾個幾十個太陽罷了,但是由於超大密度,中子星的r是遠小於太陽半徑甚至遠小於地球半徑的(一般也就幾十公里),所以如果距離幾百公里,那重力已經小了上萬倍了。

9樓:達瓦里西

且不考慮相對論怎麼解釋,只需要經典力學的萬有引力定律就可以解釋:

重力加速度的概念源自於地球表面處的萬有引力計算,F=mg=GmM/r^2,所以所謂重力加速度只有在星球表面附近才可以被看做是乙個近似恆定的值,隨著物體和中子星距離的增加它會急劇下降(和距離平方成反比),因此乙個物體從距離中子星遠處自由落體的過程並非勻加速運動。

題主提的問題就忽略了「重力加速度」的本質,把它想象成乙個恆定值。

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