全球新動(dòng)態(tài)：引力是自然界四種基本力中最弱的，為什么還能把物質(zhì)壓縮成黑洞？

自然界存在著四種基本作用力，分別是強(qiáng)力，弱力，電磁力和引力。四種作用力當(dāng)中，強(qiáng)力是最強(qiáng)的作用力，它能夠把質(zhì)子中的三個(gè)夸克牢牢地結(jié)合在一起，同時(shí)把原子核中的中子質(zhì)子結(jié)合起來。

(資料圖片僅供參考)

如果我們要把原子核分開或者融合在一起，就需要對(duì)抗強(qiáng)大的強(qiáng)力作用，那么該怎么做呢？

第一種方法，通過大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，將兩束微觀粒子加速到接近光速，然后讓其對(duì)撞，這樣就能把原子核分開，從而結(jié)合成新的原子核，新的物質(zhì)。

第二種方法，也是大自然不斷創(chuàng)造新物質(zhì)的方法，那就是核聚變。在極端高溫高壓下，電子會(huì)成為自由電子，而核子會(huì)發(fā)生融合，從而創(chuàng)造出新物質(zhì)。

能夠看出，束縛核子的強(qiáng)力是非常強(qiáng)大的，強(qiáng)力的作用范圍也只在原子層面，只有在大約10的-15次方米范圍內(nèi)才起作用。

下面說說弱力。弱力的作用距離更短，只是在中微子，夸克和電子等層面才能發(fā)揮作用，同樣是在微觀世界。

目前我們并不能直接看到弱力的存在，不過可以肯定的是弱力制約著放射性現(xiàn)象，比如說我們經(jīng)常提到的X射線，γ射線中的粒子，就是依靠弱力從原子核內(nèi)部拋射產(chǎn)生的。

而電磁力對(duì)于我們來講更為常見，因?yàn)殡姶帕υ谖覀兩磉厽o處不在，它主要在帶電粒子之間發(fā)揮作用。

物理學(xué)上來講，電磁力是通過光子這種玻色子作為載體交換產(chǎn)生的，也就是說，電磁力是通過光子傳播的，不過這里的光子并不是我們通常所說的光，而是虛擬的“光子”，由于是虛擬的，我們無法直接探測(cè)到。

在我們生活中，電磁力無處不在，除了引力之外的其他所有力，都是電磁力，比如說機(jī)械力，摩擦力，彈力，壓力，聲波等本質(zhì)上都是電磁力，只是電磁力的不同表現(xiàn)形式而已。

最后來說一下引力。

幾百年前，牛頓提出了著名的萬有引力定律，告訴了我們?nèi)f物之間都有引力。

雖然引力無處不在，任何事物之間都存在引力，但它卻是四種基本作用力中最弱的力。舉個(gè)通俗的理解就知道了。我們可以輕松舉起一個(gè)10公斤重的物體，其實(shí)這個(gè)過程就是在對(duì)抗整個(gè)地球的引力。

所以說，引力是相當(dāng)弱的一種力，尤其是在微觀層面，引力相對(duì)于其他三種基本作用力，幾乎是可以忽略不計(jì)的。比如說，在原子核內(nèi)部，中子與質(zhì)子之間同樣存在引力，但相比較中子和質(zhì)子之間的強(qiáng)力，引力完全可以忽略不計(jì)，科學(xué)家們?cè)诜治鲑|(zhì)子和中子的相關(guān)物理量時(shí)，也不會(huì)考慮引力的影響。

引力到底有多弱呢？如果強(qiáng)力的強(qiáng)度是1，那么引力的強(qiáng)度只有10的-39次方！完全不是一個(gè)數(shù)量級(jí)的。

但是，雖然引力的強(qiáng)度非常弱，但它也有自己明顯的優(yōu)點(diǎn)：作用范圍非常廣。理論上，引力的作用范圍可以延伸到無限遠(yuǎn)的地方，同時(shí)還能無限疊加，不同的事物對(duì)其他事物的引力作用可以疊加作用在一起。

同時(shí)，引力的大小與質(zhì)量息息相關(guān)，只要在一定的時(shí)空內(nèi)質(zhì)量不斷增加，引力也會(huì)無限增強(qiáng)。

而黑洞正是在這種背景下產(chǎn)生的。想象一下，任何物體只要濃縮到足夠小的空間，坍縮到無限小的奇點(diǎn)，那么在史瓦西半徑內(nèi)，引力就會(huì)變得無限大，這時(shí)的引力就變成最強(qiáng)的力。質(zhì)量會(huì)把時(shí)空曲率拉伸到無限大，事實(shí)上這時(shí)候物質(zhì)就已經(jīng)坍縮為黑洞了，任何靠近史瓦西半徑的物體都會(huì)被無情地吞噬，哪怕是光也不例外。

我們通常所說的黑洞指的是恒星類黑洞，顧名思義，就是大質(zhì)量恒星在燃料耗盡之后，恒星宣告死亡，于是在引力作用下，無限向內(nèi)坍縮而形成的。

恒星的生命周期內(nèi)，兩種力量一直保持著平衡，它們分別是向內(nèi)的萬有引力和向外的由核聚變產(chǎn)生的外推力。

而當(dāng)恒星的燃料耗盡之后，核聚變戛然而止，就沒有了外推力與引力保持平衡，于是引力開始變得肆無忌憚，物質(zhì)急劇向內(nèi)坍縮，形成密度更高的天體，比如說白矮星，中子星，甚至黑洞。

黑洞之間也會(huì)發(fā)生合并，形成更大的黑洞。兩個(gè)黑洞相遇時(shí)，通常會(huì)圍繞彼此相互旋轉(zhuǎn)，就像兩顆恒星那樣，一般都非常穩(wěn)定。不過某些外部因素的影響會(huì)改變運(yùn)行軌道，兩個(gè)黑洞會(huì)發(fā)生碰撞然后融合在一起，成為更大的黑洞。

可以看出，通常情況下，引力確實(shí)非常微弱，尤其是與其他三種基本作用力相比，更是微乎其微。

但是當(dāng)大量的物質(zhì)聚集在一起，聚集在非常小的時(shí)空里面時(shí)，引力就會(huì)變得非常大。因?yàn)楦鶕?jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，引力的本質(zhì)就是時(shí)空彎曲。當(dāng)一定的物質(zhì)聚集在自己的史瓦西半徑內(nèi)時(shí)，就會(huì)無限拉伸時(shí)空，時(shí)空結(jié)構(gòu)的曲率會(huì)變得無限大，于是任何物質(zhì)哪怕是光也逃脫不了無限彎曲的時(shí)空結(jié)構(gòu)。

所以，盡管引力相對(duì)很小，但它的作用距離可以無限小同時(shí)可以無限疊加，所以只要質(zhì)量足夠大，同時(shí)質(zhì)量聚集的范圍足夠小，就能產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的引力，讓任何物質(zhì)都可以坍縮為黑洞！

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