引力的能量从哪来

我想这个问题可以这样解释：

恒星内部的所有物质的质量中心可以认为在恒星这个球体的球心上，以球心为恒星的引力势能(在地球表面上，这个引力势能叫做重力势能)参考点，则恒星内的所有物质都具有引力势能，当恒星内的核聚变反应消失后，恒星内部的物质在相互之间的引力作用下，必然要向恒星的球心处“下落”且互相挤压，这时，做功的能量来源于恒星内部物质的引力势能的减少。所以这个过程与能量守恒定律并不矛盾。

另外，楼主说：只要这一团物质存在，引力挤压做功的过程就会无限进行下去，这个说法并不准确。当恒星在核反应“熄灭”后，由于没有向外的辐射压力与引力平衡，则恒星会向内部塌缩，当恒星的物质在塌缩的过程中，体积减小到一定程度后，构成恒星的所有原子就会被挤压到一起，并且原子的体积也被挤压所减小，这时，由于原子核外的电子之间的库仑斥力的作用，体积将不再减小，也就是说，电子之间的斥力与恒星的引力达到了平衡，这时恒星就变成了一个白矮星。

当恒星的剩余质量超过了太阳质量的14倍(此数字是印度籍物理学家钱德拉塞卡计算出来的，称为钱德拉塞卡极限)后，电子之间的库仑斥力也不能与强大的万有引力平衡，这时，电子将被挤压到原子核内部，与质子发生反应，全部转化为中子，这样的物质体积将进一步减小，这时，与万有引力平衡的是中子之间的简并压力(关于这个力，我也不甚了解，虽然我是物理老师，我只知道它属于强相互作用中的一种力)，这样恒星就变成了中子星。

而如果恒星的剩余质量还要大，如超过27倍(这个数字是奥本海默计算出来的，他是原子弹的实际制造者)的太阳质量，中子之间的作用力也不能够与更大的万有引力平衡，这时，由于没有任何力可以与引力达到平衡了，物质将被无限挤压，恒星将变成黑洞。

但我认为即使是恒星被挤压成黑洞，与能量守恒定律也不矛盾，这是因为由于万有引力特别强大，所以恒星内部的物质具有的引力势能也很大，只有当所有物质“下落”到恒星的球心后，引力势能才减小到0。

能量的本质是什么？

能量是物质运动的量化转换 世界万物是不断运动着的，在物质的一切属性中，运动是最基本的属性，其他属性都是运动属性的具体表现。例如：空间属性是物质运动的广延性体现；时间属性是物质运动的持续性体现；引力属性是物质在运动过程由于质量分布不均所引起的相互作用的体现；电磁属性是带电粒子在运动和变化过程中的外部表现；等等。物质的运动形式是多种多样的，对于每一个具体的物质运动形式存在相应的能量形式，例如：与巨集观物体的机械运动对应的能量形式是动能；与分子运动对应的能量形式是热能；与原子运动对应的能量形式是化学能；与带电粒子的定向运动对应的能量形式是电能；与光子运动对应的能量形式是光能；等等。当运动形式相同时，两个物体的运动特性可以采用某些物理量或化学量来描述和比较。例如，两个作机械运动的物体可以用速度、加速度、动量等物理量来描述和比较；两股作定向运动的电流可以用电流强度、电压、功率等物理量来描述和比较。但是，当运动形式不相同时，两个物质的运动特性唯一可以相互描述和比较的物理量就是能量，即能量特性是一切运动着的物质的共同特性，能量尺度是衡量一切运动形式的通用尺度。因此，可以对能量做出全新的哲学定义。

能量的本质：

能量不是物质，能量是不同于物质的第二个客观存在。能量是空间体积随时间不断膨胀，波长逐渐被拉长，能量密度不断降低的运动。能量在没有外来物质影响下，它的运动方向是时间之矢。能量的运动每时每刻，它的能量密度都在降低；能量空间的体积每时每刻都在增大，即单位体积的能量密度随时间降低。

能量分基态能量和显态能量，基态能量靠万有引力，核力和弱作用力显示，显态能量靠温度显示。基态能量空间被物质吸收能量后产生能量空间收缩，能量空间的收缩力就是引力。

能量是由能量子组成的，每个能量子是随时间不断膨胀的。能量的运动是靠能量子的膨胀传递的，后面的能量子膨胀推动前面的能量子前进。能量子就像一个被压缩的弹簧，能量运动就像崩爆米花。

能量是阴阳互动的，物质运动产生阳能量，阳能量运动转化为阴能量。

物质释放的能量（核反应，热辐射）和物质能量（动能，势能）是完全两种不同形式的能量，前者是空间存在的，后者是物质的运动形式。

能量产生温度，能量密度高温度就高，能量密度低温度就低。温度不是由分子的热运动产生的，它是能量密度的表现。

能量的本质是什么呢？物理学对能量的定义是：能量是一种可以做功的本领。也就是说可以让一定质量

产生一定位移的本领。对能量进行定量的具体表现形式是：E = m 显然，一方面，如果 m = 0，则 E = 0；另

一方面，如果 c = 0，则 E = 0 因此，从深刻的意义上讲，能量的本质就是运动的质量，或者说是质量的运动。

总之，能量是质量与运动的共同体。

能量是一个标量，表示物质运动大小的一个物理量，离开物质的运动谈论能量是没有意义的

人人都知道能量是什么，但大多数定义似乎是在兜圈子。对科学家来说，能量是一个系统‘做功’的能力的量度，这实际上意味着在另外某个系统中引起变化。能量的最重要性质是，它既不能创造也不能消灭。它只能转化为另一种能量形式。

按《悬浮场》理论解释能量的本质是电磁波。

如在地球上的引力能和动能的转换，从你手中落下一块石头，在它落下时损失引力能而获得动能。引力产生的原因是物体与电磁波相互作用产生悬浮场，电磁波对物体产生一个压力。两个悬浮场交集到一起产生了引力。引力能就是电磁波的压力产生的。

电磁辐射，如阳光，也是能量的一种形式。储存在你汽车油箱中的能量查其根源是来自植物通过光合作用捕获的太阳光，也就是来自于电磁波。

"能量"在物理中的意义:

能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量。一个系统的能量可以被定义为从一个被定义的零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统到底有多少能量在物理中并不是一个确定的值，它随着对这个系统的描写而变换。

任何运动都需要能量。能量的形式有许多如:光声热电,有机械能,化学能,热能,电能,声能等等

举一个例子而言，我们观察一个质量为1kg的固体的能量：

假如我们在研究经典力学而只对它的动能感兴趣的话，那么它的能量就是我们要将它从静止加速到它现有速度所加的功的总和。

假如我们在研究热学而只对它的内能感兴趣的话，那么它的能量就是我们要将它从绝对零度加热到它现有温度所加的功的总和。

假如我们在研究物理化学而只对它所含有的化学能感兴趣的话，那么它的能量就是我们在合成这个固体时对它的原料加入的功的总和。

假如我们在研究原子物理而只对它所含的原子能感兴趣的话，那么它的能量就是我们从原子能为零的状态对它做功、使它达到现在状态的功的总和。

当然我们也可以用反过来的方法来定义这个固体所含的能量，举两个例子：

该固体的内能是将它冷却到绝对零度所释放出来的功的总和。

该固体的原子能是将它所含的所有的原子能全部释放出来的功的总和。

等等。

可见，能量虽然是一个非常常用和非常基础的物理概念，但同时也是一个非常抽象和非常难定义的物理概念。事实上，物理学家一直到19世纪中才真正理解能量这个概念。在此之前能量常常被与力、动量等概念相混。有一段时间里，物理学家使用过一个称为“活力”的、与能量非常相似的概念，其意思是一种使物体活泼起来（动起来、热起来）的力。英语中的能量一词energy是两个希腊词的组合：εν是“在……之中”的意思，εργοs是“功、劳动”的意思。加在一起 en-ergi 就是“加进去的功”的意思。

质量是物体的一种基本属性，与物体的状态、形状、所处的空间位置变化无关。

不同物体含有的物质的多少不一定相同。物体所含物质的多少叫做物体的质量（mass）。

1物理学中的质量：物体含有物质的多少叫质量。质量不随物体形状、状态、空间位置的改变而改变，是物体的基本属性，通常用m表示。在国际单位制中质量的单位是千克 （kilogram），即kg。

2工程术语中：质量是产品或服务的总体特征和特性，基于此能力来满足明确或隐含的需要。

3地理学中的质量：为适合应用，对资料所要求的或可以辨别的特征和特性的总和。

4质量 quality

一组固有特性(351)满足要求(312)的程度

注1：术语“质量”可使用形容词如差、好或优秀来修饰。

注2：“固有的”（其反义是“赋予的”）就是指在某事或某物中本来就有的，尤其是那种永久的特性。

5ISO质量体系中。质量：一组固有特性满足明示的、通常隐含的或必须履行的需求或期望的程度。

6在国际单位制中，质量的基本单位是千克，符号kg。最初规定100cm的3次方的纯水，在4℃时的质量1kg。1779年，人们据此用铂衣合金制成一个标准千克原器，存放在法国巴黎国际计量局中。

7与质量有关的公式：①密度计算公式：ρ=m/v；重力计算公式：G=mg等。

最简单并且科学的表述：能量是物质各种不同运动形式的共有属性也是其本质属性。

能量也可说是各种不同运动形式的公共度量。这种度量采用机械功作为标准。

对楼上各位的点评：

“能量是一种可以做功的本领”这一说法虽通俗但不严格，只能在中学使用。因为功就是一种被传递中的能量。此外，还有一种被传递的能量称为热。这样的说法存在逻辑错误（用能量定义能量）。

“从深刻的意义上讲，能量的本质就是运动的质量”基本正确，不过表述有点不当，比较好的表述是能量就是物质运动的数量特征。E = m 代表的是物质的总能量，包括了内部一切形式的运动，包括了人类尚不知道的运动。

“你认为凭人类这点科学水平可以回答这个问题吗？”的确要进一步回答能量的微观本质是困难的，因为能量具有各种形式，每一形式的能量都有其微观的本质，要把这些微观本质统一起来得到能量的普遍本质是今后物理学的研究问题。

“理论物理学家早就回答出来了,时间平移不变性对应的守衡量 ”我不懂无权评论。能说的就是这一表达有点太抽象了。

分类: 理工学科

解析:

黑洞的形成

一个光亮的恒星为什么会变成黑洞 答案是恒星衰老了恒星的成份多为氢气,也就是让兴登堡号这样的飞船飘浮不坠的轻质物质氢就是让恒星发光的燃料每个恒星的内部都在进行核融合反应,有点像连续引爆氢弹那样,将氢气转化为能量:光与热恒星在「燃烧」氢气时,必得面对一场拉锯战:一方面恒星内部的热压力会促使恒星扩张,就像把气球吹大那样:另一方面,恒星本身重力的拉扯力又促使恒星缩回来因此恒星在发热时,这场拉锯战是陷于胶著状态的,恒星的大小也不会起变化但一旦核反应停止,恒星就得对重力让步,因而整个崩溃下来,就像气球泄了气一样

不过恒星年纪一大就开始变冷由于没有了热能,这个老迈的庞然大物无法产生足够的内部压力以抵抗重力的收缩,因此开始崩溃并缩小但恒星虽然在缩小,却没有损失任何物质;氢仍旧在,只是被极力压缩而已这意味着恒星所有的质量都向中心趋进许多,也就是将重力集中于一个小地方小型的恒星会缩小成所谓的「白矮星」,与地球大小相当,但已停止核融合的恒星较大的恒星则在一抹耀眼的华光,所谓的「超新星」爆炸中自我毁灭殆尽,原来的质量几乎被轰得一点不剩

但如果恒星的剩余质量够大(约达我们的太阳质量的一点四倍)那么这些仅存的物质可能会变成黑洞以下图为例,这个恒星被压缩到直径只有一英哩此时表面上的重力强得连它自己的光都无法逃脱那个天体还在原地,再也看不到它了任何接近它的物体都会被吸进去,然后消逝在「黑洞」中

←黑洞行成过程

黑洞和时间的关系

依照爱因斯坦的相对论,重力会使时间慢下来因此当我们接近黑洞的时候,由于受到极强的重力效应,时间确实会缓慢下来,甚至有可能在我们接近到黑洞某个范围内,当经过一秒钟时,外界已过了100年

若把时钟放在重力微弱的地方(例如地球)是很难(但仍可以办到)测出重力对时间的影响的但若把时钟放在重力强大,如黑洞之处,则立刻可见到重力对时间产生的影响,至于影响之大小又依观察者位置之不同而有不同对于掉入黑洞中的太空旅行者而言,重力增大会使他对事物的认知加快;他会觉得他被黑洞吸了进去,一下子就到了「底」但对位于远方,不受黑洞影响的观察者而言,看到的情形与此恰好相反在他们的眼中,那位不幸的太空人似乎动得很慢,而且好像越接近黑洞,就移动得越缓慢原因是,根据相对论的预测,黑洞的强大重力会使时间延缓下来,所以那个太空人似乎永远都还没掉落到底在最底下的地方 所有的质量和能量都被浓缩为极小的点 空间消失了,时间也停止了黑洞内应用于外界的一切物理定律都宣告终止,因此我们无从得知黑洞里到底是何种光景

有一位学家〈史瓦西〉算出一个范围,再范围之内的时间和各种物理现象都和外面不同,例如:时间较慢,重力较大因为是史瓦西算出来的,所以称为史瓦西半径界面,又称事像地平面

事像地平面指的是黑洞内时间与外界是完全不同的状态由于光被重力所牵引,在黑洞里的时间一分钟或许等于外界的数十年好比说你现在被吸入黑洞内,你在里面一分钟后就会被挤缩压毁可是或许在几秒后你看到了有其他人也被吸入黑洞内,但这其实是数十年后被吸入的

黑洞的两极喷流

↑1997年6月9日美国太空总署发布新闻指出,哈柏太空望远镜红外光广角镜头摄得NGC4151星系核心附近的一颗黑洞正进行烟火般的喷流景象(左上图)其他3张照片分别是利用紫外光(左下图),可见光(右图上下)所摄得,每张图的中央处正是黑洞的所在位置,而黑洞的喷流是以对称的方式呈现

自从1911年爱因斯坦发表弯曲时空的「广义相对论」后不久,很多天文物理学者都相信在强大重力作用下会有黑洞的存在因为一般初步的想法是类似地心引力 (重力)的作用,若在如此强大重力作用下,会不断地吞噬附近的物质,连在真空中每秒速度高达30万公里的「光」临近黑洞时都无法幸免,无法逃脱它强大重力的吸引况且只有物质被吸入而不会释放出来,所以它是我们无法目视得到会有任何东西呈现的黑暗「区域」,我们称为「黑洞」

在一般人的心目中,黑洞在宇宙中就好像地球上传闻已久的神秘百慕达三角地带从一些简短的报导里,我们知道黑洞在宇宙的时空里是一个非常小的点,但这一小小的点却有无穷的吸引力(重力),会不停吞噬它周遭的物质(如尘埃,星体),即使光波也在所难免一般人相信黑洞可能是由巨型星球演化,经超新星爆发后,接近星体中心的物质剧烈地塌陷而成的存在宇宙中的数目可能很多,且还有很多奇怪而未经证实的特性,足以影响人类对于整个宇宙和时空的想法

近代天文物理学大师史蒂芬 霍金 (也就是「时间之箭」一书的作者)在1974 年提到「黑洞蒸发」的论点,他强调黑洞所吞噬物质的状态,是像量子物理所说的呈现出量子化的「激发态」(不稳定状态),这时会在南北两极的地方向外喷流出激发态的物质,这就是所谓的「黑洞蒸发」现象

直到哈柏太空天文望远镜上了太空且发挥功能,藉着它的广角镜头红外光相机所拍摄的红外光谱图案(因为红外光可穿透各个星球外围云气的障碍)让我们可直接看到星球的原貌终于在1997年5月12日,NASA宣布发现了距离我们5千万光年外的 M84 星系中心处,有颗约为太阳3亿倍质量的黑洞正像放烟火般地喷流出大量物质接下来,天文学家利用哈柏太空天文望远镜和欧洲的红外光太空望远镜,也发现许多黑洞都有像烟火般的喷流景象

↑1997年5月12日美国太空总署 (NASA)发布消息指出,利用哈柏太空望远镜上红外光相机广角镜头的光谱图影像,发现在M84星系中心处有一个约为太阳3亿倍质量的黑洞这是人类首度发现黑洞的两极正以每秒400公里的速度向外喷流物质左图中央处标示出位于M84星系中心发现此正在喷流的黑洞位置右图中蓝色的部分是位于黑洞旋转盘面上正被黑洞吸进去而朝向我们而来的云气,红色的部分是旋转盘面上正远离我们而去的云气

↑模拟黑洞两极喷流的过程: 图1黑洞强大的重力正吞噬著邻近星球的云气 图2黑洞所吞噬的物质形成了不稳定的状态 图3黑洞正进行两极方向的巨观喷流 图4经过剧烈的喷流后,黑洞又趋于稳定黑洞持续进行吞噬邻近星球的云气,不久后将会有第二波的喷流产生 图5远观黑洞进行一波接着一波南北对称的喷流

四,黑洞和相对论

在这里又谈到爱因斯坦的相对论本来黑洞并非一定得由大质量的恒星演变而成, 只是一般星体不可能一下子缩到底所以恒星演变成黑洞只有经由大质量塌缩这一途径此结论已由相对论导出,至于黑洞与外界断绝关系,我们可以把其形状试想成细长瓶子状进入瓶子的一切短程线,都只能按弧线落到其底部因此形成禁锢的空间,任何物体都无法逃出但这个禁锢空间对外界是开放的,只是进的去出不来而已,也就是它和外界相通只有单向性这个禁锢空间的内外分界称为「事界」,也就是史瓦西半径的界面,过了这界线,外界就无从得知了内部的人最远只能到达史瓦西半径界面,亦即事界是他们世界的端点而史瓦西界面是由史瓦西首先依据相对论所求出的解,后人便称之为史瓦西黑洞然而其实事界的概念已先于爱因斯坦早存在,但他创见性的两点在于时空弯曲以及光速是一切物体运动的极限

五,黑洞的利用

物理学家把有序的相反概念,也就是无序状态叫做熵(Entropy) 一个封闭的物质世界系统,无论甚么物理变化,全熵量即无序的总量绝不减少,这称热力学第二定律最后熵达到最大而成平衡状态,这就是所谓的热寂,这时到处能量分布相同,宇宙再也活不起来了没有运动,也就是没有时间,宇宙就不存在了! 引力能的熵比核能以及热运动能的熵小得多,通常引力场绝非无序的但黑洞把通常共存物体吞噬进去,就使黑洞失去多样性而驱于统一,于是就包含一定的熵,把黑洞引力场转为其他形式就不能百分之百有用但黑洞有熵是肯定的若非如此,投入极大量的无序的东西到黑洞中,岂非全体熵减小了这就和热力学第二定律相违背了而黑洞的引力能,可看为存于表面,恰如水滴表面张力那样的表面能如果给水滴补充能量,它就会激烈震动而分裂因为面积不够容纳更大的能量同样的,如果对黑洞施以能量,类似的理由它会震动,用引力波放走能量,因为它不能分裂它的表面积依然和初始界面表面积一样,亦即表面积不能减少,这可称为「不减能」黑洞一形成,对应的表面积就是永远不可灭再来谈到若黑洞自转或带电的话,其塌缩星的能量便对应增加因为各个电场互相排斥,要合成一体必须作功所以电荷凝缩伴随著电场能量的储存以后吸收等量反符号电荷,变成中性,就等于把储存的能量放出事实上,塌缩星的全部能量包含了寄存的电量而黑洞有不可灭表面能量,自转能量,电场能量三种自转能和电场能不是以熵的形式寄存的旋转速度降低,电荷中性化,就可送出能量,所以只有表面能是熵性的 但要如何获得其能量呢 在这里提供了「弹道法」它是把物体射入能层,让它分裂为二一个跌进了事界,一个抛了出来,而跑出的便带走了能层的能量

六,不同形态的黑洞

在黑洞学的领域里,科学家认为黑洞在质量的分类只有两种,一种是太阳的数百万至数十亿倍(supermassive type)另外一种是只有太阳的数倍(stellar type),可是现在美国太空总署及Carnegie Mellon 大学却发现了另外一种型态的黑洞,其重量介于一百倍至一万倍之间,这种新发现的黑洞可能普遍存在于螺旋星系里,其太小却比月亮还小,天文学家称之为中量级(middleweight)黑洞

天文学家认为其星系中心有一个相当活跃的中量级黑洞,M82曾与M81擦身而过,造成M82内部的星球与星云扰动,这种不寻常的碰撞可能是造成M82星系中心形成中量级黑洞的原因

新型态的黑洞是经由X-Ray射线的发现而确认,而X-Ray射线是黑洞附近的物质被吸入黑洞之前所散发出来的最后能量,经由X-Ray望远镜的侦测与光谱仪的对照,可以确定黑洞的大小及活跃程度这种新型态的黑洞很可能是数个轻量级的黑洞联合而成,这些轻量级的黑洞在M82星系里有数以百万计,因不明原因而合并成较大的中型黑洞

七,双黑洞系统

当天空中某个天体正踏着醉拳般的步伐晃动时,天文学家就晓得在这醉拳 高手附近应该还有另一个天体正与之对峙天体之间最重要的作用力 是万有引力,它会使周遭天体的运动轨迹改变例如,以前的天文学家是先 观测到天王星(Neptune),但是却发现天王星环绕太阳运转的轨道与计算 不合,因而推断天王星之外应该还有另一颗行星,之后,观测者便在天王星轨道 之外又发现了海王星(Uranus)此外,天文学家也利用这种方式来判断 双星系统

荷兰Leiden天文台的Nico Roos观测天龙座(Draco)的类星体(quasar)1928+738 所发出的喷射流(jet),他发现这条喷射流也有”摇头晃脑〃的现象,可能这种 进动(precession)是由类星体1928+738核心中的双黑洞系统所造成的 由喷射流摇头晃脑的幅度和频率,天文学家推算出这二个黑洞以周期29年 相互绕著运动,并且整个系统应该具有一亿个太阳质量

以前就有人提出双黑洞系统的构想,而类星体1928+738正好是这个构想 的最好证明Roos并提出类星体1928+738内双黑洞系统的形成原因,可能 是由二个中心都拥有黑洞的星系相互碰撞合并而成的许多天文学家都相信 在类星体中或在活跃星系(active galaxy)中,星系合并的情形是常常发生 Roos相信双黑洞系统的相互快速运转,会使得二个黑洞越转越靠近,最后也会 合并成一个黑洞,因此这些双黑洞系统应该都是些短命鬼

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