根据您的假设,如果地球完全由太阳在46亿年内发射的光子组成,我们需要计算这些光子的总能量,然后利用爱因斯坦的质能方程 (E = mc^2) 得到等效质量,最后计算该质量的史瓦西半径(黑洞半径),以表示“地球”的大小。
计算步骤:
- 太阳光度:太阳的光度(每秒发射的能量)约为 (L_{\odot} = 3.828 \times 10^{26}) 瓦特(J/s)。
- 时间跨度:46亿年相当于 (4.6 \times 10^9) 年。转换为秒:
[
t = 4.6 \times 10^9 \times 365.25 \times 24 \times 3600 \approx 1.45165 \times 10^{17} \text{秒}
] - 总能量:太阳在46亿年内发射的总能量为:
[
E_{\text{total}} = L_{\odot} \times t = 3.828 \times 10^{26} \times 1.45165 \times 10^{17} \approx 5.555 \times 10^{43} \text{焦耳}
] - 等效质量:根据 (E = mc^2),其中 (c = 3 \times 10^8) m/s,(c^2 = 9 \times 10^{16}) m²/s²:
[
m = \frac{E_{\text{total}}}{c^2} = \frac{5.555 \times 10^{43}}{9 \times 10^{16}} \approx 6.172 \times 10^{26} \text{千克}
]
地球实际质量约为 (5.972 \times 10^{24}) 千克,因此等效质量是地球质量的约103倍。 - 史瓦西半径:如果这些能量被压缩成一个黑洞,其史瓦西半径计算公式为 (r_s = \frac{2Gm}{c^2}),其中 (G = 6.67430 \times 10^{-11}) m³ kg⁻¹ s⁻²:
[
r_s = \frac{2 \times 6.67430 \times 10^{-11} \times 6.172 \times 10^{26}}{(3 \times 108)2} \approx \frac{8.238 \times 10^{16}}{9 \times 10^{16}} \approx 0.915 \text{米}
]
因此,直径约为 (2 \times 0.915 = 1.83) 米。
结论:
如果地球由太阳46亿年内发射的光子组成,这些光子的等效质量约为 (6.172 \times 10^{26}) 千克。如果这些光子被压缩成一个黑洞,其史瓦西半径约为0.92米,意味着“地球”的大小是一个直径约1.83米的球体。需要注意的是,光子本身没有静止质量,但通过质能等效,我们得到了这个结果。实际中,光子无法静止聚集,且可能需要极端条件才能形成黑洞,但这是基于理论的计算结果。
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