铜锣烧每分钟翻倍一次,多久可以填满整个宇宙?

作者: 瞻云

来源: 果壳

发布日期: 2023-11-04 16:00:22

本文探讨了如果铜锣烧每分钟翻倍一次,经过一段时间后会对宇宙产生怎样的影响。通过一系列的计算,描述了铜锣烧星的形成、质量变化、坍缩及最终成为黑洞的过程,并提出了宇宙的可观测性与真实宇宙大小的关系。

伴随我们长大的《机器猫》,曾带给我们无数的童年乐趣。在《机器猫》第一季,第198话中,大雄把成倍增长液滴在了栗子馒头上,栗子馒头不受控制的增长,最后多啦A梦不得不用火箭把所有馒头发射进了宇宙中,形成了馒头银河。

事情真的如此简单吗?如果我们对铜锣烧滴了一滴增长液,让它一分钟倍增一次,然后发送进入宇宙中,会发生什么呢?经过n分钟,宇宙中的铜锣烧会达到2^n个,在引力的作用下,这些铜锣烧会汇聚成一个球形天体,我们不妨叫它铜锣烧星。

我们假设,所有新增的铜锣烧,都是增加在铜锣烧星的表面,且新增铜锣烧都是原貌可食用的。那么,第n分钟,铜锣烧星究竟有多重,多大呢?一个铜锣烧的重量50克,也即0.05kg。糕点的密度通常比水小,低于1g/cm³,考虑到铜锣烧星内部还存在缝隙,不妨取密度为0.5g/cm³,也即500kg/m³。

我们可以根据以下公式:铜锣烧星的总质量、球体体积公式、质量公式,得出铜锣烧星的半径关系式。

接下来,我们来看看倍增过程中,铜锣烧星的变化:第10分钟,铜锣烧超1000个,总质量超50kg,尚未出现明显引力;第20分钟,铜锣烧超100万个,总质量超50吨,引力依旧比较微弱;第30分钟,铜锣烧超10亿个,总质量超5万吨,引力逐渐明显;第40分钟,铜锣烧超1万亿个,总质量超5000万吨,开始汇聚成球状;第50分钟,铜锣烧超1千万亿个,总质量超500亿吨,铜锣烧星诞生;第60分钟,也即1个小时之后,铜锣烧翻倍60次,质量达到5.76×10^16kg,也即50多万亿吨。

可能大家对这个数据没有什么概念,我们不妨对比一下:截止目前,全球总人口78亿,按照人均60kg来算,总重量为4.68×10^13kg,这些铜锣烧的质量,超过全球所有人口重量的10万倍。它的半径大约30公里,是一颗相当于北京五环半径两倍的小行星。随着铜锣烧星不断翻倍,内部的压强也会增加。铜锣烧相对柔软,内部压强达到一定地步就会坍塌。

那么,铜锣烧星内部坍塌的临界点在几分钟呢?

坍缩之前,铜锣烧星的密度是均匀的。我们同样可以通过积分:内部压强微分、中心压强,最终得到铜锣烧翻倍次数与中心压强的关系。我们知道,铜锣烧能够承受一个标准大气压的压强。当铜锣烧星内部正好为一个标准大气压时,铜锣烧翻倍次数为63分钟。第63分钟时,铜锣烧星内部压强为1.276×10^5Pa,比一个大气压高26^30Pa。

铜锣烧面积约30cm²,26^30Pa的压强,相当于在铜锣烧上额外压了7.9kg的重物。这个重量,足可令铜锣烧变形。铜锣烧变形后,内部的密度也会增加。

当内部压强达到100MPa,也就是10^8Pa后,碳化合物之间的分子键,会因为高温高压而断裂,向单质转化。铜锣烧星内核碳化的临界点在几分钟呢?每次坍缩后,我们可以近似认为,铜锣烧密度是从外到内是均匀变化的。

根据相关公式:内部r处压强、中心压强,再次得到,密度均匀变化时铜锣烧翻倍次数与中心压强的关系。铜锣烧内核开始碳化时,n=80.13。取整数81分钟。它此时的质量为1.21X10^23kg,差不多是月球质量(7.342×10^22kg)的两倍。半径达到3377km,介于月球(1737km)和地球(6371km)之间。

铜锣烧星表面的坍缩速度已经相当快,超过了40m/s。

引力势能转化成动能,再成转化热能,铜锣烧星内核压强升高的同时,温度也在急遽升高。第84分钟,铜锣烧星体积正式超过地球。铜锣烧的体量达到行星级别。第93分钟,铜锣烧星核心压强超过5X10^10Pa,内核的碳开始转化成钻石,核心密度很快超过4吨/m³。铜锣烧星质量达到4.95X10^26kg,是地球质量的83倍。半径达到45500km,是地球半径的7倍。

铜锣烧星表面的坍缩速度达到5000m/s,你跑30分钟都累得半死的5000米,它一秒钟就完成了。第96分钟,它的核心压强超过10^11Pa,温度超过数千度。碳键、氢氧键等分子键断裂、氢、氦、碳、氧等元素逐渐离子体化,刚才看到钻石心动的朋友可能要失望了,钻石出现的时间只有短短3分钟。第102分钟,铜锣烧星达到太阳质量的8分之一,太阳半径的14分之一。

铜锣烧星核心压强达到10^16Pa,密度超过1000吨/m³,核心温度也高达1000万℃以上,等离子体化的氢元素开始发生核聚变。但由于氢元素的浓度并不太高,核聚变的效率甚至比太阳内核的0.2W/吨还低。如此低效率的核聚变,热量不足以抗拒引力,铜锣烧星继续坍缩。表面的坍缩速度达到300km/s。

铜锣烧的体量达到了恒星级别。第105分钟,铜锣烧星达到太阳质量(1.9891×10^30kg)。

整个铜锣烧的坍缩完全失控,即便不再增加铜锣烧,它也会继续坍缩。大量重力势能转化成热能,内核将发生更加的剧烈的核聚变。第112分钟,铜锣烧星的质量达到2.6X10^32Kg,约为太阳质量100倍。它的内核压强高达10^22Pa,内核为100万吨/m³。内核转化成电子简并态。但和电子简并态的白矮星碳核不同,它的内核还含有大量的氢、氦、氧元素,不停地发生着剧烈核聚变,元素组成更加接近红巨星的内核。

它表面的重力加速度已高达6670km/s²,坍缩速度超过4万km/s。坍缩速度如此之快,乃至于每次翻倍的铜锣烧,都会在一分钟内完全坍缩,全部等离子体化。

第114分钟,半径超过太阳(6.955×10^8m)。第125分钟,质量达到2.127×10^36kg,超过太阳的百万倍,密度超过1000万吨/m³。内核压强超过10^26Pa,超过电子简并态的极限。刹那间,铜锣烧星内核发生超新星爆发。它的内核坍缩速度,几乎在瞬间达到光速的20%。在空前的高温高压下,两极喷射出大量的辐射物质。

第127分钟后,铜锣烧质量达到8.5×10^36kg,半径5.5×10^9m,太阳的8倍左右。根据史瓦西半径公式,可得它此时的视界半径为6.3×10^9m,大于实际半径。整个铜锣烧星都直接坍缩成了黑洞。铜锣烧的体量达到了黑洞级别。前两分钟前还在高速喷射的超新星戛然而止。对外界观察者来说,靠近黑洞视界附近喷射的高速粒子流,却是近乎静态的。在随后的几分钟,新增铜锣烧在高速坍缩的过程中,也会形成吸积盘。

铜锣烧每次翻倍后,黑洞视界半径都会倍增。对于外界观察者来说,会看到黑洞翻倍吞噬铜锣烧吸积盘的现象。

第133分钟后,铜锣烧黑洞彻底吞噬掉铜锣烧吸积盘。它此时的质量达到5.44×10^38kg,比银河系中中心的黑洞质量还大100倍。视界半径达到8×10^11m,相当于5.3个天文单位,如果它在太阳中心,它的视界能够吞噬木星。

在此之后,每一次倍增的铜锣烧都完全落在铜锣烧黑洞的视界之内。

第137分钟,铜锣烧黑洞吞并包括柯伊伯带在内的整个太阳系。第147分钟,铜锣烧黑洞质量超过银河系的2倍,视界达到1.47光年,吞没太阳系外围的整个奥尔特云。第163分钟,铜锣烧黑洞质量超过本超星系团的20倍。视界达到10万光年,吞没整个银河系。第182分钟,黑洞质量达到3.06×10^53kg,黑洞视界达到504亿光年,超过450亿光年的可观测宇宙半径。

3个小时零2分钟,整个可观测宇宙都被铜锣烧黑洞填满。有研究者认为,真实宇宙大小是可观测的251倍,那么宇宙被爆掉的时间是2个小时零10分钟。也有观点认为真实宇宙大小是可观测的10^23倍,那么宇宙被爆掉的时间是4小时零19分钟。总的来说,如果有谁真的在宇宙的某个角落,造出了1分钟倍增的铜锣烧,我们活不过半天。除此之外,我在计算中,还发现了一个巧合。

那就是:当前可观测宇宙的视界半径,和我们观测到的宇宙半径数量级相当。那么,对于我们宇宙外的观察者来说,我们的宇宙是否本身就是一个黑洞呢?

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