黑洞的密度一定是特別大嗎?爲什麼?

黑洞家的鏟屎官

這取決於如何定義黑洞的密度。理論上,黑洞的質量都在奇點中,而奇點的體積無窮小,所以無論黑洞的質量有多大(哪怕是可能存在的質量很小的原初黑洞),黑洞的奇點都擁有無窮大的密度。

但我們不會把黑洞的奇點作為黑洞的大小,而是會把黑洞的事件視界作為黑洞的邊界。這樣算來,黑洞將會有一個平均密度。根據黑洞的視界定義,可以得到它的視界半徑,或者說史瓦西半徑為:

可以看到,黑洞的視界半徑只與質量有關,兩者呈正比例關係。再根據球形的體積公式,我們可以得到計算黑洞平均密度的公式:

可以看到,並不是質量越大的黑洞,平均密度就越大,實際情況恰恰與此相反。如果黑洞的質量很小時,它的平均密度確實非常高。恆星級黑洞的質量下限為3倍太陽質量,代入可以得到其平均密度為2×10^18千克/立方米,這大約是中子星平均密度的10倍,白矮星平均密度的10億倍。如果把地球壓縮為黑洞,它的平均密度可以達到驚人的2×10^30千克/立方米。當然,地球在自發情況下無法坍縮為黑洞。

對於那些質量巨大的超大質量黑洞,它們的平均密度會變得很低。例如,銀心超大質量黑洞人馬座A*的質量為430萬倍太陽質量,它的平均密度為100萬千克/立方米。標況下的空氣密度為1.29千克/立方米,當黑洞的質量達到太陽的37.8億倍時,它的平均密度與空氣一樣。而目前已知的某些超大質量黑洞擁有的質量超過太陽上百億倍,所以它們的平均密度會小於空氣。例如,擁有660億倍太陽質量的已知最大黑洞——TON 618,它的平均密度僅為0.0042千克/立方米,遠小於空氣密度。


火星一號

黑洞的密度一定是特別大嗎?

能稱得上是黑洞的,這個密度就是∞,黑洞質心已經坍縮成一個無限小的點,然而點是無法計算體積的,因此無法用密度來描述黑洞;黑洞只有三個可測量參數:質量、角動量、電荷;這就是著名的黑洞無毛定理,也就是說只要天體成為黑洞,那麼其之前的物理參數統統不再存在。

一直有人認為地球上的超級強子對撞機會製造出黑洞,繼而毀滅地球,不過就運行時間來看也許各位可能要失望,製造黑洞需要的是引力而不是能量,否則伽瑪射線暴一次可以生產無數個黑洞,這些黑洞發作起來分分鐘吞沒銀河系.....宇宙中最大能量爆發的伽瑪射線暴除了能殺死生物造成地球文明滅絕之外,對於製造黑洞它是無能為力的。

所以題主的第二個問題,比空氣密度還小的黑洞....是一個偽命題,應該是認為LHC能製造的微型黑洞並打算描述。

另外擔心LHC製造出黑洞吞沒地球的朋友也可以洗洗睡了


星辰大海路上的種花家

用高中天體運行公式簡單試了一下,不知道為什麼上面的大佬推出來r=2GM/c²,我推出來r=GM/c²……有哪位大神能夠給解釋一下,不吝感謝啊*^O^*

一般我們說黑洞,就是連光線都無法逃出來。實際上黑洞究竟是一個奇點還是真的有一個確定的體積都是猜測。現在只說某個有質量物體附近光線無法逃脫時這個物體的密度。計算過程在圖片上,如果有什麼問題,勞煩各位指正。

計算過程使用牛頓經典力學的一些公式進行了計算。在宏觀低速條件下適用,在黑洞這樣級別的存在中是否適用個人沒法解釋。。。

從這個公式也可以看出,要使光線無法逃脫,中心天體的質量越大,公式的分母就越大,密度反而會減小。

實際上,要是普通恆星質量級別的黑洞它的密度還是很大的,大到我們無法想象。但如果星系級別甚至更大質量級別的黑洞,那它的狀態和密度很有可能是我們可以理解的存在。如果質量更大呢?那會不會它的密度比我們宇宙的平均密度還要小?這麼想,我們會不會本身就生活在一個黑洞中呢?這麼想想還真是可怕。



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