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地球与黑洞的中心有何异同?

2020/9/15 20:15:12 来源:原创 浏览:

地球中心的重力为零。同样的论点不也适用于黑洞的中心吗?也就是说,根据这个论点,不应该有奇点,因为质量均匀地分布在黑洞的中心周围。

有少数人认为,随着超大质量天体的形成,质量会迁移成为视界所在地方的球壳。

我想评论一下这里所有关于空心物体内部重力的答案,它们都有些误导。在质量均匀的球壳内,重力加速度处处为零,而不仅仅是在中心。这就是牛顿壳层定理。

但是,壳层中的任何不均匀性都会导致向外吸引内部对象的壳。

当我试图用离散的质量元素在计算机程序中模拟物体在空间中的分布时,我意外地发现了这个结果。即使有几千个质量元素,效果也很明显,而且与粒度成正比,所以我研究了一下。

当本应是黑洞的东西开始形成时,事件视界上的时间膨胀变得极端,因此其上方的物体实际上就好像被冻结在那里。如果它们出现在地平线上,假设是由于熵的原因,它们会被均匀地“均匀化”,但实际上它们不会在我们感兴趣的任何时间段内出现。所以可能会有一些不均匀性,特别是对于一个由落入的恒星形成的非常大的黑洞来说。

所以这个洞是静止的,没有完全成型,可能有一个凹凸不平的外壳。这可能会将中心物质向外吸引,将物体排空,因此它就好像是一个真正的“洞”。

这意味着如果它周围的质量不均匀,就可能没有奇点。

就此你可能会以为你终于弄明白了什么,然而实际上你永远也不会知道的是……

地球中心没有重力吗?实验表明并非如此。如果我们取一个质量相等的完美球体,但中心是空心的,那么这个物体的中心所受的力会是多少呢?如果得出的结论是这个物体是失重的(没有净重力),那么问题是:为什么?是因为有一股力量把它推到了中心吗?或者是因为有一种力量把它拉向中心?如果重力把它推到中心,那么在表面,我们应该被推离表面,但这不会发生,所以在中心,它不会被推到中心。

因此,必须假设位于中心的物体被拉向中心。为什么这么说?假设球体直径为1000英里,中心的空洞直径为100英里(半径50英里)。位于中心的物体放置在距中心40英里半径处。那么它所受的力是什么呢?在一个方向上,它距离一个表面(内表面)10英里。在另一个方向,它距离一个表面90英里。90英里外的表面产生的引力怎么会大于10英里外的表面产生的引力呢?

为了将物体从10英里外的表面拉到90英里外的表面,需要90英里处的表面有更大的引力,因为物体是被拉的,而不是被推的。假设整个球体的密度是相等的,那么是什么现象导致90英里外的表面比10英里外的表面表现出更大的拉力呢?这个答案是,90英里外的表面有较弱的拉力,因此物体会被拉向10英里外的表面。

验证这一观察结果的一个实验是基于下面这个原理的。就像物体被重力吸引一样,钢材也会被磁铁所吸引。钢材不会被磁铁上的磁极偏向,会被吸引到任何一个磁极上。因此,我们可以将引力原理应用于钢的磁引力原理,以了解引力是如何表现的。如果我们拿一个环形磁铁,就相当于把假想的球体切成一个扁平的环。朝向内表面的力仍会产生相同的反应,只是净拉力将主要沿x和y轴,而不是沿x、y和z轴。

如果我们拿一个钢制的物体,把它放在环形磁铁的中心,该物体会被拉到中心,还是被拉向内表面?它总是朝向内表面,而不是朝向中心。这就是我们了解天球中心发生的事情的一条线索。

这是唯一验证的实验吗?不是的。我们可以把高粘度的流体放在失重的大气中,当气泡被引入时,它内部的微重力发挥作用。如果倾向于流体的核心是最稠密的,那么它将迫使气泡出来,因为空气的密度较低。为此,我们所要做的就只是去YouTube上观看在太空中制作三明治的过程:

注意蜂蜜容器中的气泡发生了什么:它总是迁移到罐子的中心。如果蜂蜜的微重力会迫使它偏离中心,这又怎么可能呢?

地下引力的行为与人们所认为的大不相同,也更符合逻辑。让我们回到最初的球体。如果中心的物体被吸引到内表面,那么这是否说明在多深的时候它都不会被拉向外部了吗?

要回答这个问题,我们得回到球体是由无限数量的壳层组成的想法。在本例中,我们从两个角度看外壳。朝向球体中心的壳的净质量和朝向球体外部的壳的净质量。物体不再从中心向外拉的点是壳体朝向内部的质量等于朝向外部的壳体质量的点。在给定的模型中,密度从头到尾都是相等的,所以我们可以直接从面积计算开始。球体的总面积为:

A=(4*PI*250,000)-(4*PI*2,500)=3,110,177立方英里

外部质量和内部质量相等的壳体是指每个壳体有1,555,088立方英里的面积。计算我们拥有的内部面积:

(4 * PI * r^2) - (4 * PI * 2,500) = 1,555,088

12.566 * r^2 = 1,555,088 - 31,416

r^2 = 1,523,672 / 12.566

r = sqrt(121,254) = 348 英里

由于球体的半径是500英里(直径1000英里),这意味着来自表面的引力只会延伸到低于表面152英里(半径348英里)的壳体上。任何进一步的深度都会产生朝向球体外部的净力。

现在让我们把这个理论应用于太空中的蜂蜜罐子。为什么气泡会迁移到中心?因为塑料瓶的微重力和蜂蜜的微重力使瓶子中心的密度最小。

如果我们在原始球体半径从358英里到338英里半径的球壳中留下一个空洞,会发生什么呢?它基本上是一个球体内的球体,但如果将一个物体放置在半径为348英里的壳体上,又会发生什么呢?那么朝向表面的质量就等于朝向中心的质量,所以它会悬浮。但是,如果存在任何偏移量,无论是朝哪个方向,它都会再次被拉向距离它最近的曲面。换句话说,只有在非常严格的公差下,物体才能因重力而悬浮。重力会把物体拉向它,而不是把它们推开。

因此,这就引出了另一个观察结果:黑洞不可能像假设的那样存在,因为内部引力的行为并不像理论上的那样,所以它们不会被创造出来。这使原来的问题变得棘手起来。

作者: quora

FY: 罗导

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