我们都知道,地球中心的重力为零,但是同样的论点不也适用于黑洞的中心吗?
也就是说,黑洞中心的周围,不会出现质量均匀分布,所以应该也没有奇点。
少数人认为,在超大质量物体形成时,质量会迁移到一个约视界位置的球壳中。
可以参见[1303.5604],探究具有排斥性引力的超大质量星系中心。
但是我(作者)想评论一下所有关于空心物体内部引力的答案,因为它们都有点误导。
在一个均匀的球形质量壳内,重力加速度处处为零,这时就不只是在中心 — — 科学家们叫它“牛顿壳层定理”。
然而,壳有任何不均匀性,这些都会导致内部物体的壳向外伸展。
在计算机程序中,我使用了离散质量元素模拟空间中物体的分布,结果偶然发现这个结果。
即使它有数千个,但效果也是显而易见的,且与粒度成正比,所以我开始了深入研究。
当(类似)黑洞的东西开始形成时,视界的时间膨胀就会变得极端,所以实际上上面的物体会被冻结在那里。
如果它们到达视界,熵会让其均匀化,但实际上它们也不会在我们感兴趣的任何时间段内到达。
所以也可能存在一些不均匀性,特别是对于一个内落恒星所形成的巨大黑洞。
所以这个洞是“暂停状态”的 — — 没有完全形成,也可能有一个块状的外壳。
这会吸引中心物质向外,继而清空物体,最后使其真正成为一个“洞”。
这就意味着,如果周围的质量是非均匀的,那么奇点可能就不存在。
地球中心真的没有重力吗? 实验表明 — — 并非如此。
如果我们取一个质量相等的完美球体(但它的中心是空心的),那么位于中心受到的力是多少?
如果结论是失重的(没有净引力),那是为什么呢?
是因为有一个力把它推到中心,还是拉到中心?
如果重力把它推到中心,那么我们在表面应该会被推离表面,但这没有发生,所以它不会被推到中心。
所以中心的物体应该是被拉向中心的。怎么做到的?
我们假设球体直径为1000英里,中心的空隙直径为100英里(50英里的半径),假设中心的物体被放置在距离中心40英里的半径处。
那么作用在上面的力是多少? 在一个方向上,它距离内表面10英里;另一个方向,它距离地面90英里。
来自90英里外表面的引力如何大于来自10英里外表面的引力?
为了让物体从10英里外的表面被拉到90英里外的表面,要求90英里处的表面有更大的引力因为物体是被拉的,而不是被推的。
前提是我们给定这些条件,它在整个球体上的密度是相等的,那么什么现象导致90英里外的表面有更大的拉力?
答案是在90英里外的表面有一个较弱的拉力,因此物体将被拉向表面在10英里外。
实验,基于原理来验证结果。
就像物体受重力牵引一样,钢铁也会被磁铁牵引。
钢不会被磁铁上的磁极所偏压,它会被任何一个磁极所吸引。
因此,我们可以将万有引力的原理应用到钢的磁力吸引原理上,研究万有引力的行为。
如果我们用环形磁铁,就相当于把假设的球体切成一个扁平的环。
除了净拉力主要是沿着x轴和y轴,而不是沿着x, y和z轴外,朝向内表面的力仍然会起作用。
如果我们把一个BB钢放在环形磁铁的中心,它是被拉到中心,还是被拉到内表面?
答案是 — — 总是朝向内表面,从不朝向中心 — — 这是我们了解天体中心的线索。
这不是唯一的实验,我们可以将高粘度的流体置于失重的大气中,当引入一个气泡时,让微重力发挥作用。
如果流体的核心密度最大,那么它将迫使气泡出来,因为空气的密度较小。
为此,我们要做的就是在YouTube观看太空中制作的三明治:
请注意蜂蜜容器中的气泡,它总是迁移到罐子的中心。
如果蜂蜜的微重力会迫使它偏离中心,那这怎么可能发生呢?
地下重力的行为与人们所认为的有很大不同,但是也更符合逻辑。
让我们回到最初的球体,如果中心的物体被内表面吸引,那么多深它会停止呢?
要回答这个问题,看看球体是由无限多的壳层组成的假设。
在本例中,我们从两个角度来看“地壳”:壳层的净质量指向球的中心,壳层的净质量指向球的外部。
物体不再从中心向外拉的点,就是壳向内的质量,与壳向外的质量相等的点。
在我们的模型中,密度是相等的,所以可以直接进行面积计算。
球体的总面积为:
A = (4 * PI * 250,000) – (4 * PI * 2,500) = 3,110,177立方英里
外壳的外部质量和内部质量相等,每个外壳的面积为1,555,088立方英里。
计算内部面积有:
(4 * PI * r^2) – (4 * PI * 2500) = 1,555,088
12.566 * r^2 = 1,555,088 – 31,416
R ^2 = 1523672 / 12.566
R =根号(121,254)= 348英里
由于球体的半径是500英里(直径1000英里),这意味着表面的引力只会扩展到表面以下152英里(半径348英里)的壳层,任何进一步的深度都会产生一个朝向球体外部的净力。
现在让我们把这个理论应用到太空中的蜂蜜罐上,为什么气泡会向中心移动?
因为有来自塑料罐和蜂蜜的微重力导致罐中心的密度最小。
如果我们在半径为358英里到338英里的球体上制造一个空洞,会发生什么?
哈哈那就基本上是一个球中球。
但如果一个物体被放在348英里半径的外壳上会发生什么?
那么朝向表面的质量等于中心质量,所以它会悬浮。
如果有任何偏移,无论如何它都会再次被拉向它最接近的表面。
换句话说,只有在极其严格的公差下,物体才能因重力而悬浮。重力会把物体拉向它,而不是把它们推开。
这就引出了另一个观察结果:黑洞不能像假设的那样存在,因为内部引力的行为与理论不一致,所以它们不能被创造出来。那就把原来的问题搞砸了。
BY: quora
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