Радиус на Шварцшилд
Радиусът на Шварцшилд или гравитационен радиус е термин от астрофизиката, характеризиращ всяко физическо тяло, което има маса.[1] Представлява радиусът на такава сфера, че ако всичката маса на даден обект се компресира в тази сфера, втората космическа скорост на повърхността ѝ би била равна на скоростта на светлината. Ако компактна звезда колапсира до или под този радиус, светлината не би могла да излезе от обекта и вече не би била видима отвън, така образувайки черна дупка.[2] Това е характерен радиус, свързан с всяко количество маса. Наречен на името на немския учен Карл Шварцшилд, който първи го е изчислил в рамките на Общата теория на относителността.
Радиусът на Шварцшилд се извежда от формулата
където G е гравитационната константа, M е масата на обекта, а c е скоростта на светлината.[3]
История
[редактиране | редактиране на кода]През 1916 г. Карл Шварцшилд намира точното решение[4][5] на Айнщайновите уравнения на полето за гравитационно поле извън неротационно, сферично симетрично тяло (виж метрика на Шварцшилд). Използвайки определението M = Gmc2, решението съдържа формата 12M − r, където стойността на , правеща формата сингулярна, е наречена радиус на Шварцшилд. Физическият смисъл на тази сингулярност, както и дали тя може да възниква в природата, е обект на дебати за много години. Общото приемане на възможността на черна дупка се случва едва към втората половина на 20 век.
Параметри
[редактиране | редактиране на кода]Радиусът на Шварцшилд на даден обект е пропорционален на масата му. Масата на видимата вселена има радиус на Шварцшилд от около 13,7 милиарда светлинни години.[6][7]
Радиус на Шварцшилд (m) |
Плътност на Шварцшилд (g cm−3) | |
---|---|---|
Млечен път | 2.08×1015 (~0.2 ly) | 3.72×10-8 |
Слънце | 2.95×103 | 1.84×1016 |
Земя | 8.87×10-3 | 2.04×1027 |
Sagittarius A* | 1.27×1010 | |
Андромеда | 4.68×1011 | |
NGC 4889 | 6.2×1013 | |
Човек (за 70 kg) | 5.198×10-26 |
Други приложения
[редактиране | редактиране на кода]В гравитационното забавяне на времето
[редактиране | редактиране на кода]Гравитационното забавяне на времето близо до голямо, ротационно, почти сферично тяло като Земята или Слънцето може да бъде апроксимирано, използвайки радиуса на Шварцшилд така:
където:
- tr е изминалото време за наблюдател в радиална координата r в гравитационното поле;
- t е изминалото време за далечен наблюдател извън гравитационното поле;
- r е радиалната координата на наблюдателя (разстояние от центъра на обекта);
- rs е радиусът на Шварцшилд.
В Нютоновите гравитационни полета
[редактиране | редактиране на кода]Нютоновото гравитационно поле близо до голямо, ротационно, почти сферично тяло може да бъде апроксимирано, използвайки радиуса на Шварцшилд така:
и
Така, разделяйки горните две:
където:
- g е гравитационното ускорени в радиална координата r;
- rs е радиусът на Шварцшилд на обекта;
- r е радиалната координата;
- c е скоростта на светлината във вакуум.
На повърхността на Земята:
В Кеплерови орбити
[редактиране | редактиране на кода]За всички кръгови орбити около даден обект;
Следователно,
но
- (изведено по-горе)
Следователно,
където:
- r е радиусът на орбитата;
- rs е радиусът на Шварцшилд на обекта;
- v е орбиталната скорост;
- c е скоростта на светлината във вакуум.
Това може да бъде обобщено и за елиптична орбити така:
където:
- a е голямата полуос;
- T е орбиталният период.
За Земята, обикаляща около Слънцето:
Радиус на Шварцшилд за маса на Планк
[редактиране | редактиране на кода]За масата на Планк , радиусът на Шварцшилд и Комптъновата дължина на вълната са от същия порядък, като дължината на Планк .
Бележки
[редактиране | редактиране на кода]- ↑ hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- ↑ Chaisson, Eric, and S. McMillan. Astronomy Today. San Francisco, CA: Pearson / Addison Wesley, 2008. Print.
- ↑ Kutner, Marc. Astronomy: A Physical Perspective. Cambridge University Press, 2003. с. 148.
- ↑ K. Schwarzschild, „Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie“, Sitzungsberichte der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Klasse fur Mathematik, Physik, und Technik (1916) с. 189.
- ↑ K. Schwarzschild, „Über das Gravitationsfeld einer Kugel aus inkompressibler Flussigkeit nach der Einsteinschen Theorie“, Sitzungsberichte der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Klasse fur Mathematik, Physik, und Technik (1916) с. 424.
- ↑ Valev, Dimitar. Consequences from conservation of the total density of the universe during the expansion. октомври 2008.
- ↑ Deza, Michel Marie, Deza, Elena. Encyclopedia of Distances. 2nd. Heidelberg, Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-30958-8. DOI:10.1007/978-3-642-30958-8. с. 452.
Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата Schwarzschild radius в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс – Признание – Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година – от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите.
ВАЖНО: Този шаблон се отнася единствено до авторските права върху съдържанието на статията. Добавянето му не отменя изискването да се посочват конкретни източници на твърденията, които да бъдат благонадеждни. |