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史瓦西半径

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史瓦西半径

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基本信息编辑本段回目录

史瓦西半径(Schwarzschild radius)是任何具重力的质量之临界半径,在天文学上,当一个天体的半径低于史瓦西半径时,便会成为黑洞。也就是说,史瓦西半径就是一个物体成为寻常黑洞时最大体积的半径。而黑洞表面至史瓦西半径的范围,称为“事件视界”,所有进入事件视界的物质,包括光线,均无法逃脱黑洞的引力。一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。太阳的史瓦西半径约为3千米,地球的史瓦西半径只有约9毫米。

半径公式编辑本段回目录


史瓦西半径的公式,其实是从物件逃逸速度的公式衍生而来。它将物件的逃逸速度设为光速,配合万有引力常数及天体质量,便能得出其史瓦西半径。r=Gm/c^2当中,r 代表史瓦西半径;G 代表万有引力常数,即 6.6724E-11 N m^2 kg^(-2);m 代表天体质量;c^2; 代表光速的平方值,即 (2.99792458E8)^2; = 8.9875517873681764E16 (m/s)^2。把常数的数值计算,这条公式也可写成r=m × 7.4240462340121636268383978814519E-28
r 的单位是“米”,而 m 的单位则是“千克”。注:根据计算机的规则,科学记数法 a × 10 ^ (b)写作aEb.要注意的是,虽然以上公式能计算出准确结果,但史瓦西半径还需透过广义相对论方能导出。事实上,牛顿力学及广义相对论能导出相同结果,纯粹是巧合而已。

史瓦西半径的由来编辑本段回目录

史瓦西半径是卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild、也有翻译做卡尔·史瓦兹旭尔得)于1915年针对广义相对论方程关于球状物质分布的解,此解的一个结果是可能存在黑洞。他发现这个半径是一个球状对称、不自转的物体的重力场的精确解。根据爱因斯坦的广义相对论,黑洞是可以预测的。他们发生于史瓦西度量。这是由卡尔·史瓦西于1915年发现的爱因斯坦方程的最简单解。根据史瓦西半径,如果一个重力天体的半径小于史瓦西半径,天体将会发生坍塌。在这个半径以下的天体,其间的时空弯曲得如此厉害,以至于其发射的所有射线,无论是来自什么方向的,都将被吸引入这个天体的中心。因为相对论指出任何物质都不可能超越光速,在史瓦西半径以下的天体的任何物质——包括重力天体的组成物质——都将塌陷于中心部分。一个有理论上无限密度组成的点组成重力奇点(gravitational singularity)。由于在史瓦西半径内连光线都不能逃出黑洞,所以一个典型的黑洞确实是“”的。 小于其史瓦西半径的物体被称为黑洞(亦称史瓦西黑洞)。在不自转的黑洞上,史瓦西半径所形成的球面组成一个视界。(自转的黑洞的情况稍许不同。)光和粒子均无法逃离这个球面。银河中心的超大质量黑洞的史瓦西半径约为780万千米。一个平均密度等于临界密度的球体的史瓦西半径等于我们的可观察宇宙的半径。

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