如果一個足夠大的天體以一定速度自轉，那麼在它的赤道的轉動速度能到達光速或者超越光速么？

09-06

比如跟地球一樣，當地球的直徑大到一定程度，赤道上的人們是不是能達到光速運動了。

恩，赤道轉速是光速

什麼東西的環繞速度是光速？

黑洞的視界邊緣。

假如它的赤道的轉速到達光速，而赤道上的東西沒被甩出去，這就意味著這顆星球的第一宇宙速度大於等於光速。

也就是說，在這個星球上發射火箭，至少要使火箭能到達光速才能保證火箭不掉下來。

第二宇宙速度是火箭能離開星球的速度，第二宇宙速度比第一宇宙速度更大，也就是說需要一個大於光速的速度才能逃出這顆星球。

光的速度不大於光速，所以光跑不掉，這不就是黑洞嗎？

題主這個問題問得很有趣。這個問題的回答可淺可深。前面很多的答案都指出了，一個天體，如果其赤道的線速度速率達到光速，那它肯定在那之前早就是個黑洞了。這個答案正確，但我們可以再往前進一步：是黑洞，又如何呢？

答案簡錄：

1. 非黑洞物質的轉速限制

2. 黑洞轉速及其原因

3. 黑洞轉速的上限 - 本地性觀察

4. 黑洞轉速的全局性觀察

5. 補充概念

首先我再簡單提一下其他答案已經指出了的結論：

有沒有什麼非黑洞的天體，其赤道線速度速率能超過光速？

沒有。任何非黑洞物質都不可能有支持那種線速度的韌性。在達到那種線速度之前早就分崩瓦解了。這是一個視角解釋為何不可能。

根本上來說，在時空中任何物質的速度都無法超越光速，這是相對論的基石之一。

那麼黑洞本身呢？事實上黑洞本身旋轉的線速度速率是可以接近光速的：

GRS 1915+105 - Wikipedia?

en.m.wikipedia.org

GRS 1915+105這個黑洞的旋轉速度達到1150轉每秒，算上它的半徑，讓它的赤道線速度速率接近光速。

第一個原因：角動量守恆。

不管是黑洞也好什麼天體也好，在沒有外力的作用下，角動量是守恆的。

一個均勻分布的星體，隨著半徑的縮小，角速度成二次函數關係增加，線速度速率成一次函數關係增加。

因此，當一顆恆星聚變耗盡開始坍縮之後，半徑每縮小10倍，它的自轉會讓赤道線速度速率增加10倍。

這也是為什麼絕大多數黑洞都比普通恆星轉得快得多的原因。恆星型黑洞本身由巨大恆星坍塌而成，任何恆星都是有自轉的，隨著恆星的坍塌，半徑縮小n倍，其角速度就增大n^2倍，線速度速率增大n倍。但是其實在坍塌的過程中，恆星本身會拋出一大半自身質量，所以實際的速度增加只有半徑縮小比例的30%左右。

第二個原因：黑洞吞噬加速

那麼有沒有可能黑洞在形成以後繼續加轉速呢？是可能的。只要飛進黑洞的物體的方向與黑洞自轉的方向有同向性，他們就可以加速黑洞的旋轉。事實上，這是超大質量黑洞加速的主要方法：

各大星系中心的超大質量黑洞，有很多旋轉的速度都超過了光速的90%。他們在上百億年的旅途中，吞噬了無數的星體；他們在各大星系融合的過程中，互相融合。這一切都讓他們不斷加速。

那麼，黑洞的轉速有上限嗎？

答案是有的。

為了解釋清楚，讓我們再加入一個新的概念：能層（Ergosphere）（命名來由：理論上來說可以在這裡收集到能量和質量。有一個概念叫做黑洞炸彈，是人類所知道的理論中可以實現的威力最大的武器，爆核聚變三十條街，就需要通過利用能層實現的。但這是另一個話題不再贅述。）這是一層黑洞視界之外，但毗鄰黑洞的空間。

能層

能層的剖面形狀是一個橢圓，兩極緊挨著視界，東西向突出。

事實上，黑洞轉得越快，它的能層就越扁。一個非剛性物體轉得越快，因為離心力，東西向越突出。

而與此同時，黑洞的視界也隨之縮小。能層的兩極一定是緊貼著視界的，轉得快到一定程度之後，視界會隨著能層的扁平化一併被壓縮。

一直壓縮到視界快接近自己的奇點了。

黑洞在物理上是不允許所謂「裸奇點」的。奇點絕對不可能單獨暴露出來，一定會有視界包圍。當黑洞轉到奇點尚未暴露的極限的時候，就是黑洞的轉速極限。

天體物理學家在討論黑洞角動量的時候，用質量單位去測量（很有趣，但不展開）。當黑洞的角動量等於黑洞的質量時，黑洞的轉速達到極限。

在本地時空中（馬上詳細解釋什麼意思），這個速度剛好是光速。

所以說黑洞的赤道線速度速率也不能超過光速咯？

嗯。。。這要取決於你從哪觀察。

如果觀察者在能層之內，那麼上面的答案是肯定的。我要再重複一遍這句話：

在時空中任何物質的速度都無法超越光速。

然而如果我們從很遠的地方觀察呢？情況又有了變化：黑洞的赤道線速度速率在一個遠處的觀察者看來可以超越光速！

被震驚到原地爆炸

黑洞某種意義上來說是巨大的質量密度直接破壞了時空，史瓦西半徑之內，視界之內，任何事物都與我們所在的宇宙再無半點關聯。能層呢，因為極其接近黑洞視界，但又沒有進入視界，所以可以劇烈的拖拽時空，而尚未破壞時空。

黑洞的能層可以拖拽著時空以大概光速50%的速率轉。加上GRS 1915+105這個黑洞赤道線速度速率已經接近光速了，那麼一個在能層之內，史瓦西半徑之外，黑洞赤道邊緣的物體，就是在特么狂轉啊！！！看起來比光速還快啊！！！

這就是上面：「黑洞的赤道線速度速率在一個遠處的觀察者看來超越了光速！！！」這個結論的由來。

但是

西卡西

這件事沒什麼屌的，稀鬆平常。

我第三次重複一遍這句話：「在時空中任何物質的速度都無法超越光速」，這次要開始解釋了。

請注意兩個斜體詞：「時空中」，「物質」。

是的，物質的速度不能超過光速，但是時空本身可以。事實上可視宇宙的邊緣膨脹速度達到三倍光速，就是因為時空本身可以以此速度膨脹。但是在這個膨脹時空中的任何物質，他們自己相對於時空的速度是不可能超過光速的。

所以如果黑洞本身瘋狂旋轉，赤道附近線速度速率接近光速，它的能層又拖拽著時空以光速50%的速度狂轉，二者疊加在一起在遠處的觀察者看來，一個視界之外赤道附近的物質的線速度確實超越光速了。不過再一看，隨便一個可視宇宙邊緣的星系都比這個快，這沒啥了不起的，也沒有與相對論有絲毫矛盾。

最後補充一下更多有意思的細節（就問你怕不怕）：

我們再來看看「時空中」這個定語，它指示了本地性(Locality）。簡單的說，如果觀察者在能層之內，跟著被拖拽的時空一起轉，那麼那個接近視界邊緣赤道附近狂轉的物體對觀察者來說速度是不會超過光速的，因為你們同屬一個「本地」的時空。這也是對光速無法超越的限制之一：本地性。
與之相對的是全局性(Topology)。在離黑洞很遠的地方，我們與黑洞周圍的時空不再屬於同一個本地時空，這個時候，我們觀察黑洞毗鄰物質的旋轉，就可能因為黑洞對周圍時空的拖拽效應而超過光速。
我剛才一直在說黑洞本身轉。這句話嚴格上來說是錯誤的。黑洞本身不轉。

再次被震驚到原地爆炸

我們可以把黑洞的自轉類比為電子的「自旋」。黑洞的本體是一個「奇點」，它和電子本身作為一個「點粒子」一樣（弦論認為基本粒子是並非點粒子而是震動的微觀能量弦，在這裡澄清一下，但不展開），是0維的，沒有半徑沒有大小的，就是一個無限小但仍然存在的「點」。在這種情況下，點粒子是不能有我們常規意義上的「角動量」，因為常規意義上的角動量要求有力臂和力矩的存在。

在人們研究電子和其他基本粒子的時候，卻發現它們確確實實存在著角動量，但根據數值計算，如果電子是真的依靠自己旋轉而得到的角動量，那電子本身應該比一個原子還大。因此人們實際上並未完全了解基本粒子角動量產生的本質，而是把它當做跟「質量」，「電荷」一樣，作為基本粒子的天然基本屬性之一看待了。

黑洞也是類似。我們從觀察的角度來說，黑洞視界邊緣，史瓦西半徑之外一點，那些尚未進入黑洞視界的物質仍然可以被觀察到遵循著角動量守恆原理在轉。一旦進入史瓦西半徑，裡面發生的任何事情，都與我們的宇宙再無半點聯繫了，那裡面的物質如何轉也無法在我們外部宇宙體現出來。至於黑洞的本體 - 奇點，那是徹底不能轉，起碼不是以我們傳統定義上的「轉」那樣轉。所以說黑洞轉，從觀察上來說可以通過黑洞毗鄰的物質旋轉來觀察，從理論上來說黑洞本身有角動量，但不是因為自身在旋轉，而更類似於基本粒子的自旋。

因此簡單的回答題主的問題：

任何非黑洞類的物質，絕無可能。

黑洞本身，在近距離的本地時空來看，絕無可能；從很遠的地方觀察，是可以的，但沒啥了不起，因為時空本身不受光速的速度限制。

裡面的各種奇幻細節我粗略說了一下，希望對題主和有興趣的知乎er們有幫助和啟發，這也是黑洞如此讓人著迷的原因。

謝謝！

來計算一下，按你說的，跟地球一樣，24小時轉一圈，也就是86400秒一圈。

那這個行星的直徑就是

$d=frac{86400c}{pi } = 8.24×10^{12}m$

那麼半徑就是

$r=0.5d=4.12×10^{12}m$

體積就是

$V=frac{4pi r^3}{3 }=2.93×10^{38} m^3$

假設這個行星的密度和地球相同(地球密度為 $5515.3 kg/m^3$ )，那麼這個星球的重量為

$m= ho V=1.62×10^{42}kg$

這個重量下史瓦西半徑為

$r_{s}=m×1.48×10^{-27}=2.39×10^{15}m$

可以看出遠大於該星球的半徑，所以它會坍縮成一個黑洞。

以上。

星體結構是由自引力所維持的。所以，當一個星體的自轉速度極大時，我們首先考慮的是星體的自引力能否提供星體表面物質(尤其是赤道上的物質)做環繞運動所需的向心力。

事實上，自引力與向心力平衡在天體物理中是一個很重要的估算方法，脈衝星的頻率上限即由此給出。

回到原問題。如果一個天體，由於自轉導致表面處的環繞速度超過光速，此時這個天體仍然能維持不瓦解，那麼說明這個天體的逃逸速度超過光速，它只能是黑洞。

事實上，黑洞的角動量(自轉速度)也不能無限大。最簡單的旋轉黑洞是克爾黑洞；以克爾黑洞為例，它的角動量無量綱量a必須小於等於1。更高角動量的克爾黑洞不被允許存在，因為這將導致裸露奇點的出現。感興趣的讀者可以去查閱廣義相對論中有關克爾時空，特別是極端克爾黑洞的部分。

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簡單科普一下黑洞與奇點吧。

所謂奇(qi2)點，指的是物理定律失效的時空點，比如密度/空間曲率無窮大的點。廣義相對論指出，黑洞視界(事件視界，又稱無限紅移面)內必然存在奇點。

奇點是一個可怕的東西，由於在奇點處一切物理定律都將失效，所以當物質與奇點相互作用時，物理定律無法對這些相互作用過程給出描述；這樣傳導下去，整個時空都講被奇點的無規則性破壞掉。然而現實情況是，我們的世界並未崩壞，各大物理定律仍然完好地運行著。這說明必然存在一種東西，將我們的世界與奇點隔絕開來，保護了我們。

這個保護者，就是事件視界(無限紅移面)。

宇宙監察假設：上帝不允許裸露的奇點存在；或者說，所有的奇點都被視界所包裹。

以無自轉的史瓦西黑洞為例。史瓦西黑洞的中心是一個奇點；形象地說，這是一個密度無窮大的點，黑洞的全部質量都塌縮到這個點上。顯然，這是一個奇點。

那麼宇宙監察假設是如何生效的呢？在某一半徑處(r=2M)，逃逸速度等於光速，這個半徑處就是視界。視界內部的物質，不論怎麼折騰，由於逃逸速度大於光速的緣故，它們都無法跑到外面來，這樣世界外部，也就是我們的世界中的物質，就無法與奇點直接作用，奇點的崩壞特性也就不會傳染到世界外部了，我們是安全的。

當黑洞有角動量後，其內部講不只有一個奇點，而是存在一個奇環。一個形象地解釋是這樣的：一個點顯然無法擁有角動量，而軸對稱的能擁有角動量的最簡單結構就是一個環。奇環集中了旋轉黑洞的全部質量，顯然它也是奇異的，不能裸露。改變旋轉黑洞的角動量，我們會發現，角動量越大，奇環就越接近黑洞的視界，當超過某一值以後，奇點就會凸出視界變得裸露！

上帝說，怎麼能允許這種危險的情形存在呢？黑洞的角動量必須有上限~於是黑洞就有角動量上限了。

槓桿能否超光速？

我們考察這個星球表面的一塊小石頭，

記小石頭質量為 m，星球質量為 M，半徑為 R，萬有引力常數為 G，自轉周期為 T

星球自轉的時候，對於石頭來講，就是受星球的引力提供的向心加速度，來貼著星球轉圈圈，

速度 $v=frac{2pi R}{T}=c$

即 $R=frac{cT}{2pi}$

要保證小石頭不會轉得太快而被甩離這個行星，

就要引力足夠提供向心力，

即 $Gfrac{Mm}{R^{2}}geqfrac{mv_{2}}{R}$

然後帶入 R，即可解得 $Mgeqfrac{c^{3}T}{2pi G}$

又有史瓦西半徑 $r_{s}=frac{2GM}{c^{2}}$ （定義自行搜索一下吧）

帶入M條件可得 $r_{s}geqfrac{cT}{pi}$

已知 $frac{cT}{pi}=2R$

帶入可得 $Rleqfrac{r_{s}}{2}$

也就是肯定會坍縮成黑洞。

杠精才能超光速，槓桿不能

赤道超光速的情況不要大天體，電子就好了嘛。。。。所以自旋只是一個說法而已，至於電子是不是真的在轉也沒人看得到。。。

高贊用史瓦西半徑得出了會坍縮成黑洞的結論，角度很好

其實換一個角度來說，這其實等同於讓任何一個物體達到光速，和說一個很長的繩子系著小石頭甩到光速是一個意思。

所以說要是題主理解狹義相對論基本假設的話就會知道，把任何有靜質量的物體加速到光速會使他的質量和能量趨於無窮大，這在現實中當然是不允許的。所以一般來說要是要把赤道上的物質加速到光速需要無窮大的能量，所以是不存在的。

看了第一個回答，其實計算有些多餘了。不用做計算，推演一下就行了。假如一個星球赤道線速度達到光速，那麼要使得赤道附近物質不被「甩」出去，就必須提供物體達到光速圓周運動的向心力。其結果一定是這個力，使得物體達到光速亦無法逃逸嘛。那不就是黑洞咯。用的著算嗎?其實要仔細說，以上這個推演過程漏洞蠻多。用牛頓力學去解釋高速運動。牛頓力學只是一個相對論近似，只適合於宏觀，低速，相對論效應較弱的條件下且精度要求不高的計算。但是用牛頓力學來計算史瓦西半徑，就恰好跟相對論計算出來的結果一致。

其實你想找出「超光速」的例子蠻容易的。手電筒照射遠處，晃動手電筒光斑移動速度。同理還有陰影的移動速度。另外常見錯誤有推木棍末端反應速度，甩木棍末端速度。還有真正的超光速:1快子(理論上存在的粒子)2量子力學中一些量子效應，一些粒子可以無視時間同時出現在兩處。但你如果真正學習過量子力學你會發現，其對於速度的定義，並不是超光速了。你看他位移，他是超光速了，但是他的速度依然沒有超光速。

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我一開始的回答，超光速已經打了引號，目的就是怕各位誤會。況且光斑移動速度確實可以超光速，雖然這個超光速不是相對論意義上的超光速。相對論只是禁止物質或信息傳遞的速度不大於光速。(且嚴格意義上講，亦無法將有質量的物體加速到光速)麻煩各位評論或者差評之前，好好審題。只是一個輕鬆的答案，非要讓我抄物理書你們才甘心啊，哈?

你這個問題很久以前就有人用甩棍子的形式問過了。當然不可能。

這不就是變相的杠杠超光速設想，首先，這個星球要是絕對剛體才行，沒有然後了。

不能，外面跟不上，會碎，除非是剛體，但是剛體這個概念的存在基礎就是超光速，所以是個沒有意義的循環了。

像有些答主說的，平常行星的自轉角速度，如果要讓赤道達到光速，那麼行星太大了會坍塌；2. 如果自轉角速度大，那麼大行星是吃不消的，必須有非常強的引力來約束，那麼脈衝星你可以看看。。而脈衝星也不大，太大的恆星不可能只是以中子星存在，最後也還是黑洞。。

和你想法差不多的想法就是拿一根足夠長的木棍甩。

1.木棍會斷（行星會分裂）

2.木棍甩不起來（行星的自轉速度不可能使邊緣達到光速）

3.相對論效應就算你看上去達到了光速可是實際上沒有達到光速

要麼黑洞，要麼在半徑達到之前解體

和激光筆划過天空，遠處的光斑超光速移動，揮動1ly長棒子，棒子位移瞬間傳達到1ly是一個問題，相速度是可以超光速的，只是不能攜帶信息，光斑在遠處划過天空其實不是光斑從上一秒的地方移動到了當前這一秒的位置，而是從激光筆發射的新光斑到達了當前位置。

回到星球自轉的問題，1除非用絕對絕對剛體製造這個星球，否則沒有材料能抵抗旋轉應力，2力以機械波形勢在剛體中傳播，除了絕對剛體沒有任何剛體的聲速能達到光速

相對論禁止不變質量大於0的物質達到光速，因為加速過程需要無窮大的能量。

所以即便不考慮行星坍縮成黑洞的情況，赤道上的物質也不能達到光速，因為自轉根本加速不到那麼快。

這個問題其實沒有什麼意義，就好像問「我不停地推一個小球讓它一直加速，它最終就能達到光速么？」一樣。

書本上很多定理用到的:點/線/面/體,請單純的看成點/線/面/體

他們是抽象的,純粹的,假設出他們的目的為的是讓你在學習"定理"時減少其它干擾.

他們是不存在的,也不能與現實"等價".現實中的物體受到是更複雜定律影響的存在,