
史瓦西半径是指引力场强大到连光子都无法逃脱的临界半径。一个质量为M的物体,其史瓦西半径的计算公式为:Rₛ=2GM/c。其中,G是万有引力常数,M是物体的质量,c是真空中的光速。
史瓦西半径标志着一个引力场的极端强度。当的半径小于其史瓦西半径时,其强大的引力场连光都无法逃脱,形成了一个封闭的事件视界。事件视界是表面的边界,所有物质和辐射都会被永久性地吸引到的中心奇点。事件视界的存在是的重要特征,而史瓦西半径则是定义这一特征的关键参数。
史瓦西半径是衡量一个是否能形成的重要标准。如果恒星的半径在演化过程中被压缩至小于其史瓦西半径,它将转变为。以太阳为例,其史瓦西半径约为 2.95 千米,若被压缩至这个半径以内,便会成为。史瓦西半径也用于描述的大小。对于非旋转的,其事件视界的半径等同于史瓦西半径。例如,人马座A这个银河系中心的超大质量,其史瓦西半径约为 1300 万千米,为研究物理性质提供了重要的尺度参数。
在广义相对论中,引力被描述为时空的弯曲效应。史瓦西半径作为描述时空弯曲的关键参数,在物体半径小于史瓦西半径时,时空弯曲变得极为强烈,形成奇点和事件视界。奇点是一个密度无限大、体积无限小的点,在这里,时空的物理规律失效。史瓦西半径作为奇点出现的临界条件,揭示了广义相对论在极端情况下的物理行为。
虽然本身无法直接观测,但史瓦西半径的存在为间接探测提供了理论基础。例如,通过观察周围的吸积盘和喷流等现象可以推断出的存在和质量。史瓦西半径也与引力透镜效应紧密相关。当光线经过质量分布区域时,由于时空弯曲,光线路径会发生偏折。对于来说,当光线接近其史瓦西半径时,偏折角度会变得非常大,甚至可能出现爱因斯坦环等特殊的引力透镜现象。这些现象为研究和验证广义相对论提供了重要手段。史瓦西半径在天文学和物理学领域具有深远的意义和价值。
