第5章 黑洞

完全展开后就像货车两侧展开了巨大的机翼。这展翼下有轨道可以用于自动送餐。车厢内底层是桌椅，桌椅间由连接杆连接，通过连接杆可以展开。

        车厢上层是自动化的厨房，桌椅展开后自动化厨房会根据需求部分设备降下到车厢地板上。叶枫几人找了个座位坐了下来，在餐桌的电子屏上点了餐。

        吃饭时餐车中间的全息影像电视，播报天问19号探测器发射成功的新闻。这次发射探测器是为了探测，一颗最近新发现的距离盘鼎星五十至一百光年的中子星，这次发射预计探测器会在476年后接近这颗中子星。

        这颗中子星距离盘鼎星近地点距离是53光年，远地点距离是78光年。而发射窗口为每二千一百多年一次，也就是说错过这次，就要再等待一千几百年。

        探测器会在近地点接近中子星，探测器全程大概飞行距离是53光年左右。这颗中子星预计是太阳质量的5~6倍，探测的目的是确认它的运动轨迹。因为根据近几十年的观测发现这颗中子星一直在接近太阳系。一旦接近到一定距离，就会引起太阳系内所有天体运动轨迹紊乱，甚至引力可能会造成盘鼎星逐渐远离太阳，而温度下降，最终造成盘鼎星不再适宜人类生存。

        这时十万个为什么王俊峰说道：“枫哥，中子星是什么？”

        叶枫道：“中子星被认为是由中子组成的行星。不过这种说法其实是错误的。”

        “为什么？”王俊峰问道。

        叶枫接着回答道：“这要先了解物质组成，中子是由两个下夸克加一个上夸克组成，原子核是由质子和中子组成。质子是由两个上夸克和一个下夸克组成。中子星是由于中子星的巨大引力，使上面所有物质的电子都被压入了原子核，形成的高密度物质组成。简单说中子星不是由中子组成，而是电子被压入原子核的原子核组成的。”

        “如果原子核是一个直径两米的球，那么电子一般在距离原子核一百多公里外旋转。正常情况下，电子能量消耗殆尽，就会坠入原子核。如果通过外力将电子压入原子核，电子向原子核靠近过程，就是从高能级向低能级跃迁，每跃迁一次就会释放十光子。你不要以为这个量很少，要知道原子核的数量是几何级的。”

        “因为中子星密度很大，电子释放大量光和能量都被挡住，只有穿透力较强的x光“逃逸”出来。所以我们观测中子星“吸收”其他物质时，可以通过x光观测到。”

        “中子星密度很大么？有多大？”王俊峰接着问道。

        “如果把原子核紧密排列，那么一立方厘米原子核重量是一亿吨。而中子星密度也是一立方厘米一亿吨。”叶枫喝着果汁回答道。

        叶枫晚上不能喝茶或者咖啡，因为他喝了晚上就睡不着觉，所以他只喝果汁或者牛奶。

        “我滴天呀！密度这么高。”王俊峰惊叹道。

        “那最后是不是会变成黑洞？”王俊峰又问道。

        叶枫略有些严肃的回答道：“很多理论物理学家认为黑洞是恒星能量耗尽坍塌而成的。其实这并不准确，这理论有很多漏洞，他们忽略了一个很基本的问题。”

        “我们先了解所谓的黑洞，它是在牛顿万有引力定律和相对论中认为宇宙极限速度为光速基础建立的。一个天体当它密度极高半径足够小的情况下。它的引力使它的第一宇宙速度达到光速以及超过光速时。简单说任何物体将无法逃脱其引力束缚，而坠入这个天体，这个天体就成了黑洞。”

        看着众人迷惑的神情，叶枫继续解释道：“第一宇宙速度就是脱离一个天体引力，所需要的最小速度，比如离开盘鼎星引力需要最小的速度是79公里每秒。如果光速运行的物体都无法脱离这个天体，说明这个天体第一宇宙速度至少要大于光速。”

        看到众人恍然大悟的样子，叶枫继续讲道：“如果黑洞引力达到可以捕获光速运行物体，那么在它形成过程中产生的引力，这个引力就足以让吸引向它的物体加速到超光速。那就证明黑洞理论是错误的。”

        “或者说，根据黑洞理论建立的基础，我们只要证明形成黑洞过程中产生存在超光速可能，就可以证明黑洞理论是悖论。因为黑洞理论建立在宇宙中没有超光速运行的物体的基础之上的，这就与之相悖，也就是说传统认为的有很高质量可以让光无法逃脱的黑洞是不存在。”

        王猛问道：“不是说引力引起的自由落体运动最后会变成匀速么？”

        叶枫回答道：“那是在盘鼎星，有空气环境，受到空气阻力达到二力平衡。太空中哪里有阻力？”

        王俊峰嘻嘻笑道：“王哥，上学时上物理课睡着了吧。”

        王猛白了他一眼道：“切，好像你知道似的。你就是没睡着你也不知道。”

        王猛有些不服气的问道：“这种引力能加速到那么快的速度么？引力有那么大么？”

        叶枫拿出手机打开计算器，无奈的说道：“我们可以大概算一下，假设一个天体半径为10公里，质量为甲。一个物体距离该天体表面10公里高度，从静止状态下做自由落体运动。其实这个距离已经很近了，这么大质量的天体，在几百亿亿公里外就有很强的引力。当然我们在这么近的距离，都能正明可以存在超光速，那么更说明黑洞理论本身有问题。”

        “我们先假设某物体受到该天体引力加速度影响，落到天体表面时速度为光速，即3乘10的8次方米每秒。根据自由落体公式速度平方等于二倍的重力加速度乘以高度，计算出该天体上的重力加速度为45乘10的12次方米每秒。”叶枫一边说着一边按着手机上的计算器，计算完后给大家展示着计算的结果。

        然后继续说道：“我们已经假设该天体半径为10公里。我们可以根据公式大概计算出该天体质量甲为675乘10的19次方亿吨。一颗半径为10公里的中子星质量大概为4187乘10的16次方亿吨，这个假设的天体大概相当于同体积中子星的1612倍。相当于盘鼎星质量的1129乘10的6次方倍，但半径是盘鼎星半径的637分之一。”

        “所以该天体的第一宇宙速度是2628公里每秒。这大概相当于第四宇宙速度110~120公里每秒的两倍多。这速度远远没达到光速，所以它还无法让光速运行的物体无法逃离。如果要该天体第一宇宙速度接近光速。”

        “这就需要它的质量更大密度更高，那么就会有一个问题。就是刚刚我们计算的，这个天体的引力刚好让坠落在该天体物体，在到达它表面时速度为光速。如果再增加其重量，增大引力，那么物体未达到该天体表面时，速度就会被重力加速度加速到超光速。所以根据以上计算，黑洞理论就成了一个悖论。”

        “如果存在超光速，那么黑洞理论就不成立，不存在超光速黑洞无法形成。所以理论物理学家所认为的这种黑洞是不存在的。”

        王俊峰接道：“为什么不能超光速呢？我记得有个光速叠加悖论。光速能通过叠加超光速么？”

        叶枫看了一下时间，然后喝下剩下的果汁接着说道：“不能超光速是爱因斯坦提出的，他认为光速是常量。关于速度叠加，以前物理学有一道光速无法进行速度叠加的问题。”

        “我们知道例如一辆火车以每小时100km的速度行驶。一个人在火车上以每小时1km的速度在火车中向前行进。那么这个人的速度就是101km/s。这就是速度叠加。但是我们在以100km/s速度向前行进的火车上向前，我们打开灯光向前照射或向后照射，检测到的光速并未增加或者减少。”

        “光的速度无法叠加这个问题一直困扰人类科学家。直到爱因斯坦强行将光速定为常量。爱因斯坦认为光速是恒定的不受影响的。爱因斯坦以光速恒定为基础建立了相对论。后来人们又在此基础上建立量子理论。”


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