致密天体:白矮星、中子星与黑洞
史瓦西半径
/ SHVARTS-shilt /
要把一样东西挤到多小,它才会变成黑洞?这有一个精确的答案,它就是史瓦西半径:一个给定的质量必须被压缩到这个半径,它的引力才能困住光、形成事件视界。把任何物体挤到这个半径以内,它就成为黑洞;若仍大于它,则不会。它是一个寻常物体与一个时空之洞之间精确的分界线。
这个半径只取决于质量,公式也漂亮地简单——它与质量直接成正比。太阳的史瓦西半径略小于三公里,所以要把太阳变成黑洞,你得把它整个的质量压成一个比一座小镇还小的球。地球的史瓦西半径仅仅九毫米——把我们整颗行星挤成一颗弹珠,它也会消失在一道事件视界之后。一个十个太阳质量的黑洞,史瓦西半径约为三十公里。一条经验法则是:每个太阳质量约对应三公里。
这个半径恰好是一个不自转黑洞的事件视界所在之处,所以这两个概念密切相连:史瓦西半径告诉你,对一个给定的质量,那道有去无回的界线有多大。它是爱因斯坦广义相对论方程的第一个精确解,由卡尔·史瓦西于一九一六年在第一次世界大战期间服役军中算出,距爱因斯坦发表该理论仅几个月。要注意,真实的黑洞通常会自转,这会使视界的大小与形状相对这一最简单情形略有改变。
要把地球变成黑洞,你得把整颗行星挤进一个直径仅九毫米的球里——比一颗蓝莓还小。太阳则需塞进一个三公里的球内。你必须压得越紧,就越清楚黑洞究竟有多极端。
把地球压到九毫米,或把太阳压到三公里,它们各自就成为黑洞。
那条简单公式(每个太阳质量约三公里)假定黑洞不自转。真实的黑洞会旋转,从而改变视界。即便如此,它仍能极好地传达尺度感。
又称
另见