黑洞是否有內部空間?

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黑洞就是因為大質量天體發生重力坍縮形成的。在宇宙的早期,由於宇宙還未膨脹到目前這麼大,物質和能量的密度還很高,這時的星雲可能會在重力作用下直接坍縮成黑洞。

圖:黑洞



現代黑洞都是在大質量恆星的生命末期燃料耗盡發生重力坍縮形成的。由於內部的核聚變燃料消耗一空,無法再產生輻射壓對抗重力的坍縮,物質在重力作用下,向內擠壓。在突破了中子簡併壓後,就再沒有任何力能夠對抗重力向內的壓力而形成的。

黑洞中心的奇點被認為體積無限的小(具有體積),密度無限的大(具有上限)。因而,根據愛因斯坦的廣義相對論,重力是質量彎曲空間的結果,其大小與時空的曲率呈正相關。黑洞周邊的時空被彎曲得十分厲害,以至於連光都逃不出去。所以,這種天體被稱為“黑洞”。

黑洞的半徑是可以計算的,最簡單的黑洞半徑滿足於史瓦西半徑公式:

其中:rs為黑洞半徑,G為萬有引力常數,c為光速。m為天體質量。這個公式中,只有質量是一個變量。可見黑洞半徑只與質量相關。

從這個公式看出,黑洞實際上是一個曲率非常大的時空。而且從這個公式可以推算出黑洞的質量越大,密度越小。超大質量黑洞甚至比空氣的密度都要小。

如果將可見宇宙的質量帶入史瓦西半徑公式,可以發現,宇宙的史瓦西半徑與可觀測宇宙的半徑460億光年非常接近。或許我們就生活在一個黑洞之中。當然,這只是一個推測。


講科學堂


存在的。黑洞雖然其所有質量應該塌縮到一個點,但是黑洞這個定義可以是以史瓦西半徑來定義的,這稱為史瓦西黑洞。所以在這個意義上黑洞是有體積的,其內部是存在著空間的。

史瓦西黑洞的體積就是由史瓦西半徑和黑洞的奇點共同定義的一個空間範圍。



史瓦西黑洞

物體的實際半徑小於其史瓦西半徑的物體被稱為黑洞。在不自轉的黑洞上,史瓦西半徑所形成的球面組成一個視界(自轉的黑洞情況略有不同)。史瓦西半徑不是黑洞實體半徑。黑洞的實體半徑,無法觀測,我們能觀測的是史瓦西半徑。


一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比。太陽的史瓦西半徑約為3千米,地球的史瓦西半徑只有約9毫米。

史瓦西半徑(Schwarzschild radius)是從物體逃逸速度的公式衍生而來。其含義是:如果特定質量的物質被壓縮到該半徑之內,將沒有任何已知類型的力可以阻止該物質自身引力將其自身壓縮成一個黑洞。因為萬有引力在超短距離之下,比其他幾種基本力都要強。

黑洞的理論實體是奇點

在史瓦西半徑以下的任何物質都將塌陷於中心部分,一個在理論上由無限密度組成的點——奇點。

但一般情況下,我們說黑洞的時候,並非只指它的奇點。

所以黑洞是有內部空間的。


小宇堂


要想弄明白這個問題,我們需要需要將黑洞這個神奇的天體搞搞清楚。

黑洞的本質

黑洞所有人都知道它是由質量巨大的恆星演化而成的,在恆星演化末期恆星內部核聚變不足以抵抗恆星自身的引力,因此整個恆星會發生塌縮,因為恆星質量的不同會演化成白矮星、中子星、黑洞這三種天體,其中黑洞最為神奇它會將所有質量塌縮至一點,也就是奇點。而奇點我們認為無限小、密度無限大。


所以說我們可以認為黑洞的本質其實就是那一個奇點。

黑洞視界

但是我們傳統意義上的黑洞並不是指這簡簡單單一個點,而是一個範圍。這個範圍就叫黑洞視界。

這個黑洞視界是怎麼回事呢?其實就是因為奇點的特殊性,導致其有著巨大的引力,連光都無法逃脫,因此光在到達一定範圍後就無法返回到我們眼中,因此那一個範圍對我們來說就是不可見的,這就是視界這一名字的來歷:這是一個事件的邊界,邊界內發生的事件對於邊界外的觀察者來說,永遠不會發生。



所以黑洞是一個範圍,這個問題的答案也就呼之欲出了。黑洞內有空間,但這個空間對我們來說沒有意義,因為我們不可能看到。


科學認識論


現在所說的黑洞是根據史瓦西從廣義相對論的引力場方程計算得到的一個特殊解中,表面逃逸速度等於光速而形成一個稱為事件視界的臨界面所包裹的一個時空區域。它實際上給出的是一個半徑區域,所以這個半徑以內自然是有空間的。



但也許有人以為史瓦西半徑以內就是一個高密度的物體,這種想法是錯誤的。早在史瓦西計算出黑洞半徑的時候就指出,當天體塌縮到史瓦西半徑以內,就沒有任何力可以阻止它繼續塌縮,它最終會塌縮成一個體積無限小的奇點。也就是說,黑洞視界裡面是空的,質量絕大部分集中在那個無限小的奇點裡。

在史瓦西計算出黑洞以後,量子力學發展起來,泡利提出了不相容原理,指出兩個費米子不能擁有相同的狀態。隨後錢德拉塞卡據此提出錢德拉塞卡極限,指出當恆星核聚變停止後剩餘質量大於1.44個太陽質量,就會突破泡利不相容原理產生的電子簡併壓力,然後就再也沒有任何力能阻止恆星繼續塌縮成一個黑洞。

又過了些年,隨著中子的發現,奧本海默提出了奧本海默極限作為恆星塌縮的最後一道防線,當然這防線也是由泡利不相容原理構築的,稱為中子簡併壓力。

雖然後來隨著夸克的發現,有人又提出夸克的簡併壓力也有可能構築出繼中子簡併壓力以後的最最後一道防線,不過這種想法有點非主流,可能是因為中子間和夸克間都是強力支配的,它們之間簡併壓力的差異估計不大。(這只是我個人的猜測)總之目前主流理論認為中子簡併壓是塌縮成奇點前的最後一道防線了。



奇點形成

當引力塌縮發生並越過奧本海默極限的中子簡併壓,就沒有任何力阻止物質繼續塌縮,隨著物質體積縮小密度增加,時空曲率(引力)也急劇增加,當時空曲率大到一個極限,就沒有任何物質結構能支撐維持了,因此所有的物質最終都壓沒了,形成一個極度彎曲的時空能量點。所以實際上黑洞裡面除了彎曲的時空什麼都沒有。


星宇飄零2099


黑洞的實質是巨大的質量被壓縮到一個半徑之內,其質量也會把相對於外部時空的內部時空壓縮到很小的半徑之內。換個角度來說,就是當質量密度達到一個界限值時,其內部時空就無法支撐物質的外部結構,而引起的塌陷。其塌陷邊緣就是史瓦西半徑。由於是時空塌陷,所以任何依賴與時空存在和傳播的物質都無法擺脫其塌陷區域。外部時空卻會因此產生波動,這就是引力波。而其內部時空並不會因此而消失,只是在其內部形成了與外部不同標準的時空,其物理常數會與外部不同。在不斷塌陷的內部,其奇點密度不斷增大,蓄積起來的巨大能量一旦大於一個界限值,就會重新釋放形成內部的奇點大爆炸。與質空向內的塌陷與能時的向外的膨脹產生平衡時。就會有可能形成新的宇宙。而由於能量傳遞呈現遞減的情況,也就是內部墒增的現象,在內部觀察其形態,就會呈現膨脹效果。即內部奇點時間密度高,外部時間密度低。從內向外看,任何物體都是加速離去。從外向內看,任何物體都是減速靜止。


王曉強30



彭曉韜


黑洞是天體,英語直譯是 沒有顏色擁有巨大引力的神秘天體,中國科普從來都是不靠譜的,翻譯成"洞”,另外黑洞是吸引撕碎一切物質,並不是吞噬,因為黑洞視限以內我們無法觀測,所以很多人都以為黑洞“裡面”有無限的空間,甚至有人認為黑洞那邊有另一個宇宙,還有人直接把黑洞當成黑洞,認為黑洞能穿越時空。說直白點人類現在是對黑洞基本上是一無所知,(除了早些年霍金有研究之外很少有科學家研究黑洞),黑洞的物理特性顛覆了人們對天體的認知(但顛覆認知的天體不止有黑洞,還有磁星、中子星風)。雖然黑洞會扭曲時空但本質上它是存在於宇宙的天體,他裡面不會存在於另一個宇宙或另一個空間,因為宇宙是由自然推動“事件”而形成的,而黑洞又是自然導致的“事件”的產物,並基於這個宇宙,只是這個宇宙“事件”的一部分,至少我是認為黑洞不可能存在內部空間的,但用民間科學家的一句話來說就是:你又沒去過黑洞你怎麼知道沒有? 對此我持懷疑態度,科學是仁慈的,仁慈到對某種事物沒研究透徹之前,你說啥就是啥。


Defecatesoul


河水有漩渦,風有龍捲風,宇宙有黑洞。漩渦站在河邊可以看到,不大。龍捲風是天氣昏暗黑壓壓的天。黑洞要有工具,發現光會被吸進去而且有彎曲。它們有共同點,反時針旋轉。我認為黑洞是由三朵星系團自由會聚而成。實驗所知,一朵不轉,二朵不轉,四朵以不轉,只有三朵會聚就產生旋轉。想看嗎?我一發表就是專家發的。


光電164612803


黑洞是一個球形天體,根據力學知識,它中心受到球表各個方向向外的引力,引力合力為零,處於不受力的失重狀態。

我們在地面,地球引力合力是向地心的,我們到了太空,各個天體包括太陽地球給我們的引力合力是為零,失重狀態。

地面有東西,太空沒東西。同理,黑洞中心失重狀態同樣也沒東西,是有內部空間的。


nqeebxyooj


黑洞可以有內部空間也可以沒有。暗物質就是未知物質,或是隱形物質,黑洞就是暗物質的代名詞。宇宙萬物由意識產生,意識不會完全湮滅,物質就不會完全湮滅。


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