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已知物体从地球上的逃逸速度(第二宇宙速度)v2=
2GME
RE
,其中G、ME、RE分别是引力常量、地球的质量和半径.已知G=6.67×10-11 N•m2/kg2,c=2.9979×108 m/s.求下列问题:
(1)逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞,设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.98×1030 kg,求它的可能最大半径(这个半径叫Schwarzchild半径)
(2)在目前天文观测范围内,物质的平均密度为10-27 kg/m3,如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体,其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c,因此任何物体都不能脱离宇宙,问宇宙的半径至少多大?
人气:212 ℃ 时间:2020-05-14 12:40:26
解答
(1)由题目所提供的信息可知,任何天体均存在其所对应的逃逸速度v2=
2GM
R

其中M、R为天体的质量和半径.
对于黑洞模型来说,其逃逸速度大于真空中的光速,
即v2>c,
所以R<
2GM
c2
2×6.7×10−11×1.98×1030
(2.9979×108)2
m=2.94×103 m.
故最大半径为2.94×103 m.
(2)M=ρ•
4
3
πR3,其中R为宇宙的半径,ρ为宇宙的密度,
则宇宙所对应的逃逸速度为v2=
2GM
R

由于宇宙密度使得其逃逸速度大于光速c,
即v2>c,
则R>
3c2
8πρG
=4.01×1026 m,
合4.24×1010光年.
即宇宙的半径至少为4.24×1010光年.
答:(1)它的可能最大半径为2.94×103 m.
(2)宇宙的半径至少应为4.24×1010光年.
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