1立方公分的黑洞质量有多少吨?当它接近地球时,会发生什麽?

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从我们目前对宇宙的认知来看,黑洞是宇宙中最强大的天体,没有之一。黑洞到底有多可怕呢?通常来讲,我们会将黑洞想象成一种非常庞大,并且引力极强的「宇宙怪兽」,而任何进入其「势力范围」的物质,都会被无情地吞噬。

一个典型的例子就是位于银河系中心巨大黑洞——「人马座A*」,其质量高达太阳质量的430万倍,半径长达2200万公里,在它强大的引力作用下,整个银河系的恒星都在围绕著它运行。

那麽问题就来了,如果有一个很小的黑洞,它是不是就没有那麽可怕了呢?为了方便讨论,我们不妨将其具体化为:一个1立方公分的黑洞能吞掉地球吗?当它接近地球时,会发生什麽?

作为宇宙中最强大的天体,黑洞会吞掉自己遇到的任何物质,并将其「收归已用」,从而使自己的吞噬能力更加强大,由此可见,如果真有这样一个黑洞接近地球,那麽地球肯定是会被吞掉的。但需要指出的是,这个黑洞吞噬地球的过程,可能会与想象中的不一样。

通常我们会认为,由于这个黑洞实在太小,因此只有在它接触到地球的时候,吞噬才会开始,因此在我们的想象中,将要发生的情形应该是下图这样的。

但这样的事情并不会发生,为什麽会这样说呢?我们先来计算一下,这个体积为1立方公分的黑洞质量有多少吨。

黑洞不是洞,而应该算是一个球体,其表面被称为「视界」,半径被称为「史瓦西半径」,中心则是它的「奇点」。根据球体公式 V = 4/3πr^3 我们可以计算出,这个黑洞的「史瓦西半径」大约为0.62公分。

「史瓦西半径」又可以用公式R = 2GM/c^2(注:该公式是天文学家卡尔.史瓦西根据广义相对论推导出来的,其中G代表引力常数,M代表黑洞质量,c代表光速)来描述,据此我们就能计算出,体积为1立方公分的黑洞,其质量大约为4.18 x 10^21吨。

这是什麽概念呢?这样说吧,在太阳系的八大行星中,金星的质量大约为4.87 x 10^21吨,也就是说,这个小小的黑洞,其质量与金星已经相差无几了。

牛顿告诉我们,引力的大小与质量和距离密切相关,而与体积没有关係,也就是说,虽然这个黑洞的体积很小,但它的引力却与金星大致相当,而对于黑洞而言,这就足以制造一起「潮汐瓦解事件」了。

由于引力的大小与距离的平方成反比,因此当引力源向一个具有体积的物体施加引力时,该物体的不同部位所受到的引力大小是不一样的,具体表现在距离引力源越近,受到的引力就越大。在这样的情况下,如果引力源的引力足够大,那麽这种受力的不平衡就会把该物体撕裂。

很明显,地球是有体积的,而且体积还很大,因此当这个黑洞接近地球时,地球不同部位所受到的黑洞引力就会出现很大的差异。

我们已经知道了,这个黑洞的引力相当可观,这就意味著,早在这个黑洞接触到地球之前,地球就会被其强大的引力撕成碎片。

看到这样可能有人会问了,地球的引力也很大,为什麽黑洞不会被撕裂呢?原因就是,黑洞的质量全部集中在它的「奇点」上,这是一个密度无限大,体积无限小的「点」,因此就不会出现受力不平衡的现象。

在此之后,如果这个黑洞与地球的运动方向在一条直线上,那麽地球的碎片就会沿著这条直线径直飞向黑洞,然后被黑洞吞掉,远远看去,就像是黑洞在「吸麵条」一样。

但如果它们的运动方向不在一条直线上(这是大机率事件),那麽那麽地球的碎片就会沿著一条螺旋形的轨道飞向黑洞,然后在其周围形成一个盘状的结构,这被称为黑洞的「吸积盘」。

「吸积盘」中的大部分物质都不会被黑洞立即吞噬,它们会在黑洞的引力作用下围绕黑洞高速旋转,并因为彼此初速度的不同而发生剧烈的碰撞和摩擦,其温度也会急剧上升,当达到一定程度的时候,还会发出强烈的光线。

上述的过程就被称为「潮汐瓦解事件」,这也是黑洞吞噬其他天体的主要方式。值得一提的是,黑洞的「吸积盘」并不稳定,如果「吸积盘」裡的物质过多,或者黑洞本身的引力不够强大,「吸积盘」就可能发生破裂,其中的部分物质就会喷涌而出,看上去就像是黑洞打了一个「饱嗝」一样。

总而言之,黑洞确实很可怕,就算它只是一个1立方公分的黑洞,也照样可以吞掉地球。

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