已知物体从地球上的逃逸速度(第二宇宙速度),其中G、ME、RE分别

已知物体从地球上的逃逸速度(第二宇宙速度),其中G、ME、RE分别是引力常量、地球的质量和半径。已知G=6.7×10-11N·m2/kg2,c=3.0×108m/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=2.0×1030kg,求它的可能最大半径(这个半径叫Schwarhid半径);(2)在目前天文观测范围内,物质的平均密度为10-27kg/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?(最后结果保留两位有效数字)

答案

即宇宙的半径至少为4.2×1010光年。


解析:

(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,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,所以:

即质量为kg的黑洞的最大半径为(m)

(2)把宇宙视为一普通天体,则其质量为,其中R为宇宙的半径,为宇宙的密度,则宇宙所对应的逃逸速度为,由于宇宙密度使得其逃逸速度大于光速c。即:。则由以上三式可得:,合4.2×1010光年。即宇宙的半径至少为4.2×1010光年。

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