爲什麼黑洞可以裝下那麼多粒子?不怕空間不夠嗎?

PhD肖


黑洞是大質量恆星燃燒完核聚變材料後,在萬有引力作用下坍縮形成的,只要恆星在超新星爆發後的殘骸大於3個太陽質量(奧本海默極限),粒子間的排斥力就擋不住萬有引力的作用了。恆星將坍縮成一個極小的點,這就形成了黑洞。

圖:黑洞模擬圖


由於黑洞的引力十分強大,越靠近黑洞引力就越是強大,直到一個距離的逃逸速度比光速還大,這個位置就是黑洞的視界。這是一種時空的曲隔界線。視界中任何的事件皆無法對視界外的觀察者產生影響。

黑洞的視界是可以計算出來的:

這就是史瓦西半徑的計算公式,把裡面的常數帶入後,可以寫成這樣:


從上面的公式看出,黑洞的事件視界半徑與質量成正比,所以不要擔心黑洞裝不下東西,理論上,整個宇宙的質量都可以裝進去。它的質量上限就是整個宇宙的質量。


講科學堂


這個問題很好,牽扯到許多人對於物理學的基本問題的理解,尤其是廣義相對論的知識和量子力學對宇宙的認識,很有份量,也很有趣。



先說說第一個問題:黑洞能裝下海量物質,所以黑洞體積應該很大?這是誤解。黑洞本身不大,甚至可以說很小,小到什麼程度?零體積。數學上為零,物理學不為零——按量子力學規則就是普朗克質點。而且不管黑洞質量多大,體積都一樣,都是零。

黑洞的視表面有大小,我們叫做視界,就是黑洞引力彎曲的時空界限,這個視界有大小,取決於黑洞質量。雖然視界有體積,有時候體積還不小,但是跟本問題沒有關係,黑洞質量再大,視界再大,視界內的所有質量仍然集中在那個體積為零的奇點處。



很多人想不通,那麼多的東西都去哪兒了?怎麼可能體積為零的點可以容得下幾百萬太陽質量的物質?回答是當然可以啦,比如說138億年前,所有的宇宙物質都在一個奇點產生,那得多少物質,全宇宙哇,一個黑洞才哪兒到哪兒。

用物理學思維仔細想一想,為什麼物體有體積?我們通常所說的“有體積”是什麼意思?物理上有體積意味著有“力”,一塊石頭有體積,是因為石頭分子之間有電磁力,對人類來說這種力很強大,我們幾乎沒有辦法把石頭壓縮哪怕一點點,最多壓成粉末,體積也不會變小。可是隻要有足夠大的力,比如恆星塌陷後的引力,像白矮星可以破壞分子間幾乎所有的力,把原子緊緊壓在一起,別說石頭,一座山照樣給你壓成一塊方糖,就不說還有更厲害的中子星可能還有夸克星及黑洞了。



物理學上所謂物質有“體積”,就是指分子原子粒子電子夸克還有幾百種聽說沒聽說的各種“子”間還有“力”,有電磁力,有電子中子簡併力,有核內強力弱力,一旦引力超過了所有的力,物質或者物體就沒有了體積,只有能量,只有引力。

所以,當引力大如黑洞,物質的體積,沒了。


天命蒼孫


黑洞和其它物質一樣,具有結構的穩定性。每種物質都有其特定的結構,這種特定的結構賦予物質兩個特點。一是當物質被成比例地壓縮時,它的體積就變小。二是當物質被破壞性地壓縮時,物質就發生質變成為另一種物質。黑洞也是這樣,當黑洞吸收太空物質變重時,它的實體體積會縮小。當黑洞無法承受自己的重量時,會發生兩種變化,一種變化是成為另一種結構的黑洞,另一種變化是將引力子壓壞,產生大噴發。


民科尖兵


我曾提問,供給黑洞無限物質,黑洞會演化成什麼?有大神回答我,黑洞會吞下整個宇宙!並給出一公式,由公式可見當物質越多,即質量越大時,黑洞半徑越大,引力越強。也可以認為,黑洞吸收物質後,黑洞半徑會膨脹,引力變更強,更可吸收更多物質。如此循環,黑洞就可吞下整個宇宙!故有很多科學家也認為宇宙是棲身黑洞內的!!!我對此無言反駁,只好再問!黑洞可產生卻不可消亡,並可互相吞併,為什麼宇宙從存至今,產生的黑洞如此之少,以至於不可直接觀測到呢?以上觀點希望對你有幫助,不謝!


時光碎片12


“黑洞”很小,只是相對於事件視界外部遙遠的觀察者而言的。靠近和進入黑洞的物體,對於外部觀察者來說,物體所佔據的時空應該是呈現整體縮小的,就類似於我們觀察到的宇宙膨脹是時空整體膨脹一樣。所以“黑洞”內,容納再多物質粒子空間都不是問題,等效的時空並沒有本質的改變,只是內外的相對運動狀態不同了。


笑看風起雲湧花謝花開


這得從【黑洞】的概念說起,其實黑洞一點也沒有那麼神秘,黑洞就是具有巨大質量和巨大密度和比重的沒有熱核反應的自然天體。由於質量大,所以它的吸引半徑就大。由於不產生光熱,所以,我們只能感覺到它的存在,而發現不了它的存在。它當然能源源不斷的吸收投奔它來的任何物質,這是任何天體的自然屬性。當然,如果我們能源源不斷給它輸送氫,或許哪一天它就會產生核聚變反應,繼而產生光熱。不就沒有了黑洞,而是一顆閃閃發光的恆星了嗎?人們往往把它神化,包括起的這個名字,其實不過博人眼球而已。


大地之魂Yzm


黑洞也是會怕空間不夠的

首先從奇點的角度講,體積無窮小,密度無窮大,為所欲為,不怕空間不夠。但是黑洞往往有個“視界”,雖然理論上有奇點,但是我們從來沒見過裸奇點,那個目前來說這是玄學範疇。

然後視界,黑洞吞噬了更多物質(信息)的時候,視界的表面積會增大(這裡不說體積,因為黑洞的信息量確實跟表面積成正比),而霍金蒸發也確實會讓黑洞縮小。


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