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中子星的表面重力是地球的7000亿倍，掉向它的物体能超过光速吗？

答：不能，中子星强大的引力可以让掉入它的物体接近光速，但是不可能超过光速。

大质量恒星在演化末期有可能发生超新星爆炸，如果爆炸后留下的核心质量在1.4~3倍太阳质量之间，就有可能形成一颗中子星，比如距离地球最近的中子星代号为“1RXS J141256.0+792204”，距离地球250~1000光年。

中子星拥有极端的性质，比如：

（1）极高的密度，密度高达10亿吨每立方厘米，相当于把地球压缩成直径22米的球体。

（2）引力超过地球的1000亿倍。

（3）超强的磁场，2018年日本在实验室制造出1200特斯拉的超强磁场，是地球磁场的30多万倍，而某些中子星的磁场，可以达到1000亿特斯拉；如果中子星的磁极和自转极点不重合，就会产生周期性的射电波，如果射电波扫过地球，这颗中子星就成了脉冲星。

那么中子星强大的引力，可以把掉入中子星的物质加速到光速吗？

答案当然是否定的，由于相对论的光速限制，掉入中子星的实体物质不能达到或者超过光速。中子星强大的引力足以让光线发生明显弯曲，在这样的强引力下，牛顿力学已经不再适用，需要使用相对论来诠释。

这时候计算物质落入中子星的速度，只需计算物质在未落入中子星时的引力势能即可，以中子星表面为零势能点，物体的引力势能肯定是有限值，此时计算物体动能将用到相对论动能方程。

物体要加速到光速，所需的势能是无限的，所以物体掉入中子星不可能达到或者超过光速。更严谨的计算表明，中子星表面的逃逸速度高达光速的30%~50%，这其实也是静止物体掉入中子星时的速度。

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一定超光速。根据Ⅴ=gt，是地球重力加速度的300亿倍，只要1秒钟就夠了。如果有质增效应，是正反馈，增加引力，更容易超光速，质增没有理由不超光速。只有质减，物体速度接近光速时质量接近于0，引力才减少到0，这时加速度为0。物体只保持光速不变，质减为0才对。相对论质增效应不合逻辑推理，质减效应才符合。有质量物体速度可以达到光速，这时质量为0，速度不再增加了。如果质增则会更快超光速，相对论质增效应是悖论。

什么是中子星？

中子星是恒星在演变过程中的一个末期星体，恒星由重力坍缩后发生超新星爆发之后，但是质量没有达到形成黑洞的情况下，会形成比黑洞密度小，比白矮星密度大的中子星。如果拿它与地球相比，那确实不是在一个数量级上。

中子星依靠简并中子压来实现静力学平衡。现在普遍认为，静态中子星的质量上限是2.2倍的太阳质量。而转动中子星的质量上限是2.9倍的太阳质量。超过这些极限，中子星将继续坍缩成为黑洞。

牛顿的经典力学

牛顿在20多岁时观察到了苹果从树枝上掉落在地上，由此他苦思冥想，终于发现并总结出万有引力定律。牛顿认为，任何两个有质量的物质之间都存在引力的作用，这个引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比。

用公式表达为F1=GM1M2/R^2，由此，我们可以计算一个中子星表面的引力大小为多少。假设一个中子星的质量为太阳的2倍，太阳的质量大概为1.9891×10^30千克，中子星的质量M1=2×1.9891×10^30kg=3.9782×10^30kg，中子星的半径取15km。取一个1kg的物质，那么约为这个物质在中子星表面所受引力约为F1=3.6×10^42N.与地球的表面的重力相比，差距很大，但是还没到7000亿倍。

掉向中子星的物质能超过光速吗？

首先，用爱因斯坦的相对论来说，宇宙中没有什么物质的速度可以超过光速，所以无论中子星的引力如何巨大，都不可能使物质的速度可以超过光速。但是杀鸡焉用牛刀，这个问题用牛顿经典力学就可以完全解决！

宇宙是一个复杂的系统，在中子星的表面做自由落体首先要不考虑其他星球引力的影响，因为宇宙中存在很多双星系统。所以不考虑其他天体引力的情况下，用牛顿的经典力学来分析的话，全宇宙任何一个地方相对于该天体零初速度释放一个有质量无动力的物体，让其无阻力自由下落，它撞击地面时的速度最快不会超过这颗星球的逃逸速度，原因就是最简单的机械能守恒——逃逸速度是地面扔出逃逸至无穷远，所以逆过程就是无穷远撞地也只能达到逃逸速度。所以这里不用考虑爱因斯坦的广义相对论，用牛顿的理论就可以断定中子星外围仅靠自由落体就让物体达到光速的。

实际上，这个问题很明显，我们都知道爱因斯坦的相对论有两条假设，其中一条就是光速不变原理，通过光速不变原理，我们可以得到在我们的宇宙中物质、信息、能量的传递不可能超过光速。

因此，无论中子星的引力如何巨大，都不可能使物质的速度超光速。具体是为什么呢？

我们可以先从中子星说起。

中子星

中子星是宇宙中极其恐怖的天体之一，是属于仅次于黑洞之外的那种恐怖。那中子星到底是咋来的呢？

我们要从原子结构说起，我们初高中经常会看到下面这种图这样的原子结构。

实际上，这样的原子结构是有问题的，也常常误导了很多人。这里最大的误区是电子和原子核的大小。上世纪早期，有个叫做卢瑟福的人做了一个α粒子轰击金箔的实验。

他发现，几乎所有的α粒子就直接打穿了，只有极其少的会发生偏折。那这个告诉我们什么呢？

这说明原子内部几乎是空心的。原子核和电子其实小到我们无法想象的程度，如果原子有足球场那么大，那么原子核就只有蚂蚁那么大。因此，真实的原子模型接近于下面这样，外面这圈黑影是电子云，电子也不是绕着原子核转的，而是以概率云的形式出现。

这样的结论就带来一个问题，物质都是由原子构成的，原子几乎是空心的，这说明物质也几乎是空心的。也就是说，理论上存在足够大的引力，是有可能把电子压入原子核内，让原子核排排座，挨在一起，这样原子内的空间也就被挤压没了。那真的存在这种情况么？

还真有，中子星就是这样的存在，如果一颗恒星大于10倍太阳质量，在它生命的晚期，内核在引力的作用下收缩，由于这时候的核心一般都是铁原子核构成的，很难发生核反应。

但由于内核的温度特别高，常常要达到50亿度，于是，光子拥有足够高的能量，就会击碎原子核，释放出自由的质子和中子，质子和电子发生反应生成中子和中微子。然后，在引力的作用下，这些中子被束缚到在一起，成为了一颗中子星。

中子星的密度之所以特别大就在于构成它的大部分是中子，而不是原子。中子之间是有一些距离，但远不如像原子之间和原子内部的空间。这些空间在中子上都不存在，所以中子是极其致密的，一勺中子星物质大概得有10亿吨。

根据广义相对论，引力的本质是时空的弯曲，由于中子星这样的致密度和质量，因此，中子星能让空间极度扭曲，而宏观上我们看就是引力特别大。

但我们要知道的是，引力理论上是没有范围的，但是它衰减的也很快，否则，只需要一颗黑洞，我们全宇宙都会被吸进去。所以，每个天体都有自己的引力范围。比如，我们的太阳系，太阳的引力范围大概是2光年的样子。

也就是说，中子星不可能把一个物体从无限远开始加速，而只能在一定的距离内给这个物体加速。

其次，我们只要仔细想一想就能知道，有一类脉冲星是中子星，我们可以实实在在地观测到脉冲星的信号，说明光是可以从中子星上跑出来的。（你可能会觉得很正常，但你想想黑洞就知道了，黑洞是可以吸引光的）

如果中子星真的有本事把物体加速到光速，那这个物体达到光速之后就可以摆脱中子星的引力束缚，也就是说，一个物体跑到中子星周围再出来，竟然额外得到了巨大的动能，那中子星岂不是可以当永动机来用，没了能量就让一个物体去走一趟，就能得到能量。这其实是不合理的。因为按照能量守恒定律，这一出一进本应该是不会或得到额外的能量的，所以这就自相矛盾了。

光速不变原理

当然，刚才我们只是从中子星自身来这个问题，实际上，我们还可以从相对论来入手。通过相对论进行推导，我们可以得到一个运动物体的质量的表达式，就是下面这样。

其中，这个m0代表的是物体静止时的质量，而m代表的是物体动起来后的质量。我们可以来仔细看一下分母的根号下的表达式，1-（v/c）^2，如果v>光速c，那么下面的分母就是负数，而我们知道负数开根号其实是复数，在实部没有意义。

我们还可以利用动能定理和一点微积分的数学工具，得到物体的动能表达式

根据这个表达式，我们至少能够得到两个结论：

如果，物体的静止质量m0=0，那么它就可以达到光速。

如果，物体的静止质量m0≠0，那么它就只能小于光速。如果要把一个静止质量不为0的物体加速到光速，那所需要的能量就是无限的。

目前来看，光速不变原理还是十分坚实的，100多年来，虽然科学家想尽一切办法要证明这个理论，但我们依然没能发现任何物质、信息、能量超过光速的情况。

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