Относится ли гравитация к объему или размеру объекта?
Поскольку черная дыра — это массивная звезда, которая коллапсирует под своим весом, то каким образом та же самая масса Солнца, когда оно становится черной дырой, обеспечивает гравитацию, не позволяющую даже свету выходить из черной дыры? Прежде чем стать черной дырой, Солнце имело такой же вес, что и черная дыра, поскольку масса не терялась и не увеличивалась (и частицы, включая фотоны, исходят из звезды). Как только он схлопывается под своим весом, становится ли гравитация больше по отношению к размеру рассматриваемого объекта (уменьшение огромной площади поверхности массивной звезды до компактной/сжатой черной дыры с малой площадью поверхности) теперь, когда та же неувеличенная или вычтенная гравитация связана с гораздо меньшей поверхностью?
Или, другими словами, что заставляет все привязываться к черной дыре, но ничего подобного не происходит с солнцем аналогичной массы (и, следовательно, с таким же гравитационным притяжением).
Черная дыра (ЧД) — это объект общей теории относительности (ОТО), а не ньютоновской физики, поэтому ответ включает и то, и другое.
Первый Ньютон: Как отмечается в другом ответе, ускорение свободного падения зависит от массы тела, деленной на квадрат расстояния от него. На заданном расстоянии (скажем, десять миллионов миль) ускорение силы тяжести просто пропорционально массе центрального тела. Не имеет значения, является ли масса железом, водой, камнем или арахисовым маслом с кусочками. Все точно так же, пока вы находитесь достаточно далеко, чтобы быть вне всего этого.
(Побочный эффект ОТО: это верно даже для ЧД, если вы находитесь дальше, чем на несколько радиусов ЧД от ЧД. Гравитационное поле ЧД довольно быстро становится ньютоновским, когда вы удаляетесь от нее, и дальше ЧД и арахисовое масло такой же массы имеют одинаковое гравитационное поле. Если объект — любой объект — коллапсирует в ЧД без потери или увеличения массы, ее гравитационное поле на разумном расстоянии остается прежним.)
Стилл Ньютон: Поверхностная гравитация объекта зависит от размера объекта. Если объект плотнее, он будет меньше при той же массе, а его поверхностная гравитация будет выше. Это связано с делением расстояния на квадрат. Для более плотного объекта поверхность находится ближе к его центру, и гравитация на поверхности соответственно выше.
(Вот почему гравитация на поверхности Луны составляет 1/6 земной, несмотря на то, что Луна составляет всего 1,2% массы Земли. Она также составляет 1/4 диаметра Земли, поэтому на лунной поверхности вы в 4 раза ближе к центре, и поэтому его масса влияет на вас в 16 раз сильнее.)
Черные дыры — это общерелятивистские объекты, и отличия от старомодных ньютоновских объектов проявляются, когда вы приближаетесь к ЧД на несколько радиусов. Эффекты закрытия тонкие и сложные и не очень похожи на виды сил, с которыми мы знакомы. В основном ( действительно быстро взмахивая руками) геометрия пространства-времени становится все более и более искаженной по мере приближения к поверхности ЧД и к горизонту событий, геометрия такова, что больше нет направления наружу — все направления ведут к центру . . (На самом деле это то, что определяет горизонт событий.)
Итак, главное, что отличает обычную массу от ЧД, состоит в том, что в ЧД масса объекта настолько сконцентрирована, что само время и геометрия искажаются до такой степени, что здесь нет выхода.
Это принципиально отличается от простого увеличения силы гравитационного поля, предсказываемого теорией Ньютона.
Гравитационное ускорение прямо пропорционально массе и обратно пропорционально квадрату расстояния.
Это означает, что если вы удвоите массу, гравитация удвоится. Кроме того, если вы уменьшите расстояние до центра тяжести вдвое, сила тяжести увеличится в 4 раза.
Если бы Солнце магическим образом заставили сжаться в черную дыру, а Земля не приблизилась бы к нему, гравитация Солнца на Земле осталась бы прежней, так как масса и расстояние не изменились бы.
Причина того, что гравитация черной дыры настолько велика, заключается в том, что вы можете приблизиться к черной дыре, не находясь внутри нее. Вы не можете приблизиться к солнцу ближе, чем на 700 000 км, потому что чуть ближе, и вы внутри солнца.
Само Солнце никогда не станет черной дырой. Он недостаточно массивен.
Карл Виттофт