什么是逃逸速度?黑洞逃逸速度会不会比光速还
发布时间: 2023-07-18

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什么是逃逸速度

星球表面上的物体以某一初速度发射(垂直于星球表面,且忽略空气阻力),之后无需再给物体提供动力,这个物体就能摆脱该星球的引力束缚,逃逸到无穷远的地方,这个“某一初速度”就是星球的表面逃逸速度。如果物体的初速度低于这个数值,并且本身没有动力,它最终会被星球的引力拽回表面。

能够飞出太阳系的新地平线号探测器发射升空

假设物体逃逸到无穷远时的速度和引力势能为零,那么,物体最初的动能(1/2mv^2)就是为了克服它在星球表面上的引力势能(GMm/r),这样就有如下的关系式:

其中m为物体的质量,v为逃逸速度,G为万有引力常数,M为星球的质量,r为星球的半径。可以看到,星球的逃逸速度取决于星球的质量和半径之比,这个比值越大,逃逸速度也越大。

在地球上,地球的表面逃逸速度通常被称为第二宇宙速度,其大小约为11.2千米/秒。相比之下,月球的表面逃逸速度只有1千米/秒,而太阳的为618千米/秒。最为特殊的是黑洞,它们的表面逃逸速度就是光速,这意味着即便是宇宙中速度最快的光都无法从黑洞中逃逸出来。

黑洞逃逸速度会不会比光速还快

黑洞是广义相对论预言的一种天体,它的引力非常强大,使得视界内逃逸速度超过光速。不但掉入黑洞的物体逃不出,连物体上的光也逃不出,所谓视界就是光都不能跑出来的区域边界,我们是看不到黑洞内部的。因此从定义上可知黑洞就是逃逸速度大于光速的天体。所以答案就是黑洞的逃逸速度确实比光速还快。

但是宇宙中信息和能量传递的最高速度是光速,超光速是不存在的。因而什么也逃不出黑洞。从这个角度讲,黑洞是不存在逃逸速度的,存在的只是一个数值。我知道这样讲肯定会让有些人不高兴,他们认为光速是可以超越的,所以可以从黑洞逃出来。那我就讲点新奇的理论。

上面讲的黑洞是“史瓦西黑洞”,这是一种常规的静态的黑洞,物质进入这种黑洞是肉包子打狗有去无回,其逃逸速度的确超光速。但有种叫“克尔黑洞”的黑洞是宇宙中少数可以逃出去的黑洞,这是爱因斯坦场方程预言下的一类带有角动量的黑洞,1963年新西兰人罗伊.克尔得到了不带电旋转恒星的爱因斯坦引力场方程的精确解,这个解只依赖于质量和角动量两个参量,这种黑洞是个有角动量、无电荷的轴对称黑洞,
克尔黑洞分内外两个视界,其中内视界为黑洞奇异性的界限,外视界是物体能否和外面通信的分界面,即不可逃脱的界限,这意味着落入外视界必定会被吸入奇点,但在到达内视界前是安然无恙的,一旦落于内视界一定会屈服于奇点奇异性质,还过这类黑洞中心不是奇点,而是奇环,中间是个洞。只要不碰到奇环,从奇环中间的洞不知能否逃离。

在克尔黑洞的最外层由于克尔黑洞旋转会产生对周围时空的拖曳效应,因而存在着一个判断物体是否可以静止于时空的静止界面,这个“静界”又叫无限红移面(由于引力红移,波长被无限拉长,所以在外面观察者看来,进入静界的物体变为红色且永远静止于静界上,而实际上物体早进入静界内)。
克尔黑洞转动时会带动周围时空一起旋转,可以理解为时空的“旋转速度”是光速,在静界外面你可以利用推进器等装置相对于无穷远处的观察者保持静止,但一旦进入静界内部,你必然会和时空黑洞一起旋转,相对于外面观察者来说再也不能静止。但由于都是以“光速”旋转,所以你相对于黑洞来说是静止的,黑洞的质量虽然大,但是和其旋转速相比呈完美抵消的静止状态。引力还不足以摧毁压碎你,所以说静界并非是黑洞的真正界限,进入静界后仍然可以逃离,静界和真正的视界之间是能层,你可以从中提取能量供你逃离,研究人员推理说克尔黑洞能层可能和白洞连接,我们着重说的奥秘就在于此。克尔黑洞的能量组成有两部分,一个质量产生的引力能,一个就是转动能,
目前能利用的就是转动能,有人说可以派飞船进入静界后,向黑洞旋转的反方向扔一个重物,这个过程会使黑洞角动量降低,减少的部分转移到飞船上,转动能量也同时转移到了飞船上,这就从黑洞提取了能量。黑洞旋转带来的拖曳会把时空撕裂,产生超越时空的爱因斯坦――罗森桥(虫洞),从而轻松逃离黑洞。

还有一种特殊的黑洞――“裸奇点”,是由于旋转以及恒星的不均匀坍缩形成的,这种黑洞没有视界,只是一个裸露的奇点,由于旋转所以有一个小小的内视界,这个黑洞内视界上的逃逸速度大于光速,视界内的逃逸速度更大。光进入黑洞视界内接近奇点会很快被加速到光速以上,大于光速就会进入另一个时空,胜利大逃亡了,这是从内部奇点的逃逸,的确是超光速的。
不过这都是理论猜测,并没证实,敬请期待。

为什么太阳逃逸速度为617km/s而第三宇宙速度是16.7

为什么太阳逃逸速度为617km/s而第三宇宙速度是16.7?

16.7km/s与617.7km/s都是太阳逃逸速度,但逃逸的地方不一样。

16.7km/s的逃逸速度是在距离太阳1.5亿km的地球上,太阳引力已经衰减的很厉害了;而617.7kg/s是指太阳表面的逃逸速度,就挨着太阳,距离太阳质心也就是约69.6万km,这怎么能比呢?

所谓逃逸速度是根据天体引力计算的,引力越大逃逸速度就需要越大,引力越小逃逸速度就相对小一些。而引力是与天体质量成正比,与距离平方成反比的。万有引力定律表达式为:F=GMm/r²。其中F为引力值,G为引力常量(6.67x10^-11N·m²/kg²),M和m为引力作用大小物体,r为引力作用物体质点的距离。

这就看出了,引力的大小是与距离平方衰减的,因此太阳逃逸速度在距离太阳质心不同的距离当然就完全不同了。

太阳表面逃逸速度的计算:

逃逸速度是与引力密切相关的,是根据动能公式和万有引力定律变通计算得出来的。

引力势能表达式为:E(r)=∫(GMm/r^2)dr=-GMm/r(以无穷远为零势能);能量守恒表达式:mv^2/2=0-E(r);r取天体半径时,可以得到逃逸速度公式:v=√(2GM/R)。式中,v为逃逸速度,单位m,G为引力常数,取值为6.67x10^-11N·m^2/kg^2,M为天体质量,单位kg;R为天体半径,单位m。

根据这个公式,我们可以计算出太阳表面逃逸速度。太阳质量为1.9891x10^30kg,半径约695500000m,代入公式得:v=√≈617672m(617.7km)

地球位置逃离太阳引力速度计算:

在距离太阳150000000km距离的地球,如果要逃出太阳引力,速度需要达到42.4km/s。现在地球公转速度约30km/s,42.4-30=12.4。也就是说,地球要逃离太阳引力,公转速度还需要增加12.4km/s,就远走高飞了。

电影《流浪地球》就是通过核聚变发动机,推动地球达到太阳逃逸速度,开始离开太阳前往投靠比邻星的。

但在地球上的物体逃离太阳系 ,必须具备两个动能:逃逸出地球引力的动能以及逃逸出太阳系的动能。 我们必须首先计算出地球的脱离速度,也就是地球的逃逸速度。地球质量为5.965x10^24kg,地球半径为6371000m,代入逃逸公式计算(略)得到脱离地球引力速度为11.2km/s。

这样我们加上地球逃逸太阳引力还需要增加的速度12.4km/s, 就能够计算出在地球上发射航天器逃离太阳引力的速度了。

计算公式为:v=√(v’^2+v“^2)。这里的v为地球上发射航天器逃离太阳引力的速度,v’为地球逃逸速度-公转速度42.2-29.8=12.4km,v”为第二宇宙速度(地球脱离速度)11.2km/s。计算:

v=√(12.4^2+11.2^2)=16.7km/s,这就是在地球上发射航天器逃离地球引力,同时也逃离太阳引力的速度,又叫第三宇宙速度。也就是说,在地球上发射的航天器,要借助地球公转速度每秒约30km的动能,还需要每秒16.7km/s的速度,才能够逃出太阳的引力束缚。

地球上三个宇宙速度。

第一宇宙速度为7.9km/s,达到这个速度,就可以成为地球卫星,绕地球飞行,不掉下来,也逃不走,叫环绕速度;第二宇宙速度为11.2/s,达到这个速度,就可以逃

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