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科學報 科學文摘 探索

體積一立方米,質量一億噸的物體在太空中能被加速到光速嗎?


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更新日期:2019508
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宇宙接觸

體積一立方米,質量一億噸的物體要比白矮星更加緻密,其密度大約為白矮星的100倍。不過,它沒有中子星緻密,其密度約為中子星的一百萬分之一。

如果該緻密物體在太空中,需要有另一個天體的存在,才會在引力的作用下發生墜落的情況。但無論是什麼天體,並且無論距離有多遠,該緻密物質都不可能被加速到超光速,就連光速都達不到,超光速肯定會違背狹義相對論。

事實上,該緻密物體墜落到天體上的最快速度就是天體表面的逃逸速度,無論它的質量有多大都是如此。關於這一點,可以來了解一下天體表面逃逸速度的推導過程。

假設一天體質量為M,半徑為r。天體表面上有一個質量為m的物體,只要該物體達到了逃逸速度v,它就能擺脫天體的引力束縛,從而依靠慣性無需動力就能逃脫到無窮遠的地方。那麼,物體的動能1/2mv^2全部會被用來抵消它在天體表面上的引力勢能GmM/r。假設在無窮遠的地方,物體的動能和引力勢能都為0,則可得如下的關係式:

可以看到,天體表面的逃逸速度只取決於天體的質量和半徑,與物體本身的質量無關。

amocity
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把這個過程反過來,一個物體從足夠遠的地方受到天體引力的作用,它會逐漸加速靠近天體,並且最終到達天體表面。同時,物體的速度被加速到最高值——天體表面的逃逸速度,無論物體的質量有多大都是如此。

在黑洞的情況下,極端的引力會讓物體加速到接近光速的速度。但由於物體具有靜質量,這就使其速度永遠也不可能被加速到光速,而超光速更是不可能的情況。

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