已知物体从地球上的逃逸速度(第二宇宙速度)v
2=
,其中G、M
E、R
E分别是引力常量、地球的质量和半径.已知G=6.67×10
-11 N•m
2/kg
2,c=2.9979×10
8 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=1.98×10
30 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/m
3,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?
(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v
2=
,
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v
2>c,
所以R<
=2×6.7×10−11×1.98×1030 |
(2.9979×108)2 |
m=2.94×10
3 m.
故最大半径为2.94×10
3 m.
(2)M=ρ•
πR
3,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v
2=
,
由于宇宙密度使得其逃逸速度大于光速c,
即v
2>c,
则R>
=4.01×10
26 m,
合4.24×10
10光年.
即宇宙的半径至少为4.24×10
10光年.
答:(1)它的可能最大半径为2.94×10
3 m.
(2)宇宙的半径至少应为4.24×10
10光年.