史瓦西半徑計算機(黑洞事件視界)
Karl Schwarzschild 喺 1916 年(愛因斯坦發表廣義相對論翌年)就解出真空靜態球對稱解,得出黑洞嘅事件視界半徑 r_s = 2GM/c²。喺呢個半徑內任何物質(包括光)都唔可以逃逸;換句話講,任何質量 M 嘅物件如果被壓縮到 r_s 以內,就會形成黑洞。本工具支援由日常質量(公斤、磅)去到星系中心超大質量黑洞(人馬座 A*、M87*、TON 618)嘅換算,並同時報告對應嘅平均密度同光穿越時間。
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Schwarzschild radius r_s
—
—
Other units / comparisons
- Kilometres (km)
- —
- Miles (mi)
- —
- Millimetres (mm)
- —
- Mean density inside r_s
- —
- Compared to Earth radius (6 371 km)
- —
- Compared to Sun radius (695 700 km)
- —
- Light-crossing time of diameter
- —
Formula
r_s = 2 · G · M / c²; G = 6.6743 × 10⁻¹¹ m³·kg⁻¹·s⁻²; c = 2.998 × 10⁸ m/s
Valid only for the non-rotating, uncharged Schwarzschild metric. Astrophysical black holes generally spin (Kerr metric); their event horizon lies between ½ r_s (extremal Kerr) and r_s (non-rotating).
Formula
r_s = 2 · G · M / c²;G = 6.6743 × 10⁻¹¹ m³·kg⁻¹·s⁻²;c = 2.998 × 10⁸ m/s(精確值)
- · r_s 同質量成正比:1 M☉ → r_s ≈ 2.95 km;10 M☉ → 29.5 km;4 × 10⁶ M☉(人馬座 A*) → 1.27 × 10¹⁰ m ≈ 18 R☉。
- · 地球質量 5.97 × 10²⁴ kg 嘅 r_s 只係 8.87 毫米;如果地球被壓縮到呢個尺寸,就會成為一個微型黑洞。
- · 平均密度 ρ = M / (4/3 π r_s³) ∝ 1/M²。所以恆星質量黑洞(10 M☉)密度高達 10¹⁷ kg/m³(核子物質量級),但 M87* 級(10⁹ M☉)密度只有約 1 kg/m³,低過水。
- · 真實天體黑洞通常自旋(Kerr 解),事件視界半徑界乎於 ½ r_s(極端 Kerr)同 r_s(無自旋 Schwarzschild)之間;本工具只計算 Schwarzschild 邊界,可視為上限。
- · 光穿越直徑時間 t = 2 r_s / c:太陽級 ≈ 19.7 µs;GW150914 級 ≈ 1.2 ms;M87* ≈ 36 小時(呢個亦係 EHT 觀測時間尺度嘅由來)。
- · 參考資料:CODATA 2018(G 常數);2019 SI 重新定義(c 精確值);NASA Planetary Fact Sheet(行星質量);IAU 2015(M☉ 名義值);EHT Collaboration 2019(M87 質量);GRAVITY Collaboration 2022(Sgr A* 質量)。
Frequently asked
史瓦西半徑同事件視界係咪同一樣嘢?
對無自旋、不帶電嘅 Schwarzschild 黑洞,兩者完全一致:r_s 正係光無法逃逸嘅邊界。但對於帶電(Reissner-Nordström)或自旋(Kerr)嘅黑洞,事件視界半徑會細過 r_s — Kerr 黑洞嘅外事件視界 r₊ = M + √(M² − a²)(自然單位下),當自旋參數 a → M 時 r₊ → ½ r_s。所以本工具報告嘅 r_s 對真實旋轉黑洞而言係事件視界嘅上限。
如果太陽變成黑洞會點?地球軌道會即刻被吸落去?
唔會。同質量物體嘅萬有引力場喺遠距離完全相同;地球(1 au ≈ 1.496 × 10¹¹ m)感受嘅引力只取決於太陽嘅總質量 M,唔係佢嘅體積。所以如果太陽魔法咁壓縮到 r_s ≈ 3 km 嘅黑洞,地球依然會喺原本軌道行同樣速度。真正會變嘅係:太陽光熄滅(地球冰封),同潮汐效應入到極近距離(< 10⁶ km)先會有差別。
可以由 r_s 反推黑洞質量?
可以,因為 r_s 同 M 係簡單線性關係 — M = r_s · c² / (2G)。例如 EHT 觀測到 M87* 嘅陰影直徑 ≈ 42 µas(對應約 10¹³ m),先用呢個半徑除以 ~2.6(陰影 ≈ √27 r_s ≈ 5.2 r_s 直徑)得到 r_s ≈ 1.9 × 10¹³ m,再倒推 M ≈ 6.5 × 10⁹ M☉。本工具係正向計算;如果要倒推,可以由 r_s 同 G、c 反推。
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