黑洞就是个密度超大的天体,没什么特别的。这么理解对吗?

黑色白兰地


这个问题第一句没问题,但黑洞确实有着很多特别的地方。量子菌看了楼下的回答,其中摊煎饼宇宙理论的回答好有意思,他认为宇宙就是个煎饼,黑洞就是接触锅的时间长了,那地方变糊了,从而形成黑洞了。

事实上,黑洞是一种宇宙中确实存在的天体,是大质量恒星演化的路径之一。当恒星收缩到某一个临界半径之后,形成的黑洞密度足够大,引力如此之强,以致于连光线都无法逃逸,更不要说其他的物质了。黑洞内部看起来是黑的,被称为黑洞。

但黑洞还是很特别的,一方面黑洞引力巨大,我们银河系的最中心,就是一个超大质量的黑洞,吞噬恒星那都是日常操作,吞吃时的吸积盘发出耀眼的光芒。所以我们可以通过事件视野和吸积盘拍摄到黑洞的照片。

而人类目前对于黑洞的内部还一无所知,里面到底是什么样,除了所谓霍金辐射,黑洞为什么能只吃不吐,被黑洞吸走的东西都跑哪去了,人掉进黑洞会发生什么,这些都是黑洞令人沉迷的问题,


量子实验室


黑洞就是个密度超大的天体,没什么特别的。这么理解对吗?

从表面上来理解这似乎没有毛病,但仔细考虑一下您就会发现这其中存在很多秘密:比如密度超大为什么会坍缩成黑洞?有几种类型的黑洞?又各有什么特色?

一、物质压缩的秘密

1.压缩气体

压缩对于大家来说应该非常熟悉,比如我们经常用到压缩和解压缩软件,其原理是将文件的二进制代码压缩,比如将相邻的0和1减少,比如用几个0或者几个1来代替,减少文件的存储空间!当然改变的仅仅是数据结构,而我们今天要讨论的是物质的压缩,各位应该很清楚,气体是最容易被压缩的,因为气体分子间存在着大量的空隙,因此可以被压缩,我们日常用到的压缩气罐就利用了气体的可压缩原理!

储存了压缩气体的气罐是一个危险品,内部的高压气体具有极高的能量,一旦意外破损造成的后果不亚于蒸汽罐破裂!当然这并不意味着气体就可以无限压缩,因为分子间距减少到一定距离的时候其斥力将会阻止压缩进一步进行,此时,只有再增加做功,但大量效果的能量往往会抵消高压缩所带来的经济效益,因此一般空压机的气罐压力为0.7~0.8MPA,一个大气压为0.1MPA,因此我们一般用7-8公斤来表示空压机的储气罐压力!

2.固体物质压缩

在我们日常生活经验中,固体和液体并不能压缩,因为分子间距很小,即使如锻压等工艺也只能弥补下材料内部的缺陷,并不能让密度增加几何,当然仍然会增加一点,但对于“压缩”这种明显的缩小却是不能!当外界施加的压力让固体的原子试图更进一步接近时,原子外层电子的相互斥力会阻止两者进一步靠拢!两个电子在原子半径(1×10^-10M)范围内的斥力达到了F = 2.31 × 10^(-8) 牛顿,可能您认为这个并不大,但要知道原子的外层电子是每个原子都至少有一个或者更多,那么一块固体内有多少原子?

二、固体不可压缩吗?

非也,那只是我们给与的压力不够而已,比如在地球的铁镍物质就达到了10.7g/立方厘米,这明显要高于地球表面的铁的密度(7.8g/立方厘米),而太阳核心的密度则达到了150g/立方厘米,大约是水的150倍,这是因为尽管核外电子的斥力可以对抗强大的压力,但它终有屈服的那一个阶段,在地球和太阳内核,电子之间的斥力就“部分屈服”了!

1.白矮星物质

这是电子斥力屈服的一个阶段,在太阳寿命的最后阶段,内核的氦元素也耗尽了,再也不会有什么氦闪出现,因此辐射压无法再对抗辐射层以及对流层对于内核的强大压力,因此内核150g/立方厘米的物质将会继续增加密度,而中心碳氧原子的电子将会被压到极度接近原子核的位置,保持结构不被压力摧毁的电子简并力在苦苦支撑!

2.中子星物质

泡利不相容的原理告诉我们,电子之间的斥力是阻止物质继续坍缩的唯一支撑,但如果死亡恒星的外壳不断加大,超过了钱德拉塞卡极限,即坍缩引力势能大于电子简并态能时!

那么电子简并力将再也无法阻止引力坍缩的继续进行,电子将被压入原子核,与质子的正电荷中和成了中子,此时物质已经破坏了其本身的原子核结构,失去原来物质的所有化学与物理属性!已经成为了一颗中子星!

3.黑洞

中子星物质之间的结构支撑力是中子简并压力,与电子简并压力一样,中子也是有排它性的,它们不能占据空间中的同一个位置,因此粒子间的存在相互的排斥力。不过各位要注意下的是这个简并力是泡利不相容原理,背后并没有所谓的“力”,一个量子态上只能容纳一个费米子,这就是量子力学世界的“性质”!当然这个一个量子态只能容纳一个费米子,但这也架不住无穷的质量增加,其实不需要无穷大,一颗坍缩前的恒星内核质量超过3.2个太阳质量时,将无法避免坍缩成一个黑洞,当然现在在夸克时代猜测会坍缩成夸克星,不过仍然没有在观测获得证实!但理论上存在夸克星这种天体!

三、黑洞的种类和特性

不要认为坍缩后的黑洞就只有一个类型,其实黑洞并不止一种,一般从结构上区分可以分成三种:

1.不旋转不带电荷的黑洞:它的结构于1916年由史瓦西求出,称史瓦西黑洞

2.旋转不带电荷黑洞:结构由克尔在1963年计算得到,称克尔黑洞。

3.旋转带电荷的黑洞:。结构于纽曼在1965年由计算得到,称克尔-纽曼黑洞

史瓦西黑洞就是“最普通的黑洞”,也是最理想化的黑洞,因为它没有自转也没有电荷,但坍缩成黑洞的恒星的明显都是自转的,也许原初黑洞(宇宙诞生之初坍缩而成的黑洞)存在不旋转的可能!

克尔-纽曼黑洞的视界和无限红移面是分离的,并且视界将分成外视界和内视界,无限红移面也有两个,两个红移面之间的区域是能层,黑洞旋转的能量储藏在这里,请注意,越过了克尔-纽曼黑洞的无限红移面物体仍然有机会逃离黑洞!理论上可以在克尔纽曼的静止界面外建立一个空间站,然后利用抛射质量来提取黑洞的旋转能,得到几乎无限的能源!

刚刚事件视界望远镜(EHT)成像的室女座M87*黑洞就是一个顺时针旋转的克尔黑洞(距离地球约5500万光年,质量为太阳的65亿倍)!

M87*和太阳系的对比,很明显整个太阳系都在视界内,不过请各位不要搞错的是中间那个黑圈并非视界!


星辰大海路上的种花家


我觉得其实它还挺特别的。

黑洞

首先,黑洞其实指连光都无法逃逸出来的天体。

之所以会这样,是因为黑洞对于时空的扭曲十分严重。所以,光都跑不出来。这其实就已经是和各种天体都不一样的特点了。

而且,在宇宙中可是质量为王,谁的质量大,谁就更强。也因此,几乎每个星系中心都有一个大质量黑洞。比如:银河系就是如此。所以黑洞可以说是众星捧月的存在,银河系1500~4000亿个恒星都要围着它转。而我们的太阳只是其中普普通通的一个而已。

至于黑洞是不是密度超大的天体,实际上根据公式推导的结果是,随着黑洞的半径变大,密度其实是在减小的。当然,它密度绝对是不小的。但是科学家其实描述黑洞并不是通过密度这样的物理量的,因为它是在太特殊,为了研究它,我们采用的是质量、角动量、电荷。霍金,卡特尔等人严格证明了“黑洞无毛定理”:

无论什么样的黑洞,其最终性质仅由几个物理量(质量、角动量、电荷)唯一确定。

所以,其实从这点上看,我们也能看出黑洞其实需要被特殊的对待。其次,黑洞内部的奇点的物理性质也是现在的物理学理论无法描述的。这也是有别于其他天体的。

所以,我认为觉得在众多的天体当中,其实黑洞还是极其特殊的。


钟铭聊科学


不对。

黑洞密度很大?

黑洞属于致密天体这没毛病,因为在理论上它是通过恒星发展到末期引力坍缩产生的,其发生坍缩时突破了中子星的中子简并压,所以理论上在临界质量(刚好突破中子简并压的质量)上它的密度是要比中子星更大的。但黑洞的质量不设上限,它的大小是按照视界半径计算的,而不是按照物质表面计算,一个不自旋不带电荷的静态黑洞,视界半径即史瓦西半径。而根据黑洞的史瓦西半径公式,史瓦西半径是与质量成正比的,这跟很多拥有物质表面的天体是不一样的。

公式里G和c均为常数,所以实际上半径r只与质量有关,根据公式是正比例关系。静态黑洞就是一个由史瓦西半径为边界的“球体”。

我们知道计算球体密度是根据其体积与质量之比的,体积不变,密度与质量成正比,反过来质量不变,密度则与体积成反比。

而作为“球体”的黑洞体积则与其半径的立方成正比。

两条公式一合并,得到的公式为ρ=3m/4πr³,即黑洞“球体”密度与质量成正比,与半径立方成反比。

综合密度公式和史瓦西半径公式后,你会发现黑洞的密度与黑洞半径立方成反比,由于黑洞半径与质量成正比,即黑洞的密度与黑洞质量的立方成反比。因此,黑洞的质量越大,密度反而越小……

这在黑洞质量相对较小时,体现得并不明显,但当质量达到很高时,黑洞的密度就低得超乎想象了。比如我们用最近火热的M87中心黑洞算一下。

其质量为65亿倍太阳质量,按照静态黑洞计算史瓦西半径约为192亿km。

以此计算一下密度。

密度是0.435...kg/m³……是㎏/m³,水的标准密度是1000kg/m³,0℃时1标准大气压下的空气密度是1.29kg/m³,这M87中心黑洞的密度比空气还低3倍…_(:D)∠)_


黑洞没什么特别?

至于第二个问题,黑洞有没有什么特别?还挺特别的…按照理论物理学家的计算,视界内外的时空是互换的,视界内空间方向将变换成时间方向,所以落入黑洞的物质将不可逆转地沿着时间方向落向中心奇点,即r为0的点,而这个r为0的点并非半径为0的点,而是时间为0的点——时间的终点。这跟黑洞外是完全不一样的。



所以,你的理解全错。


星宇飘零2099




特别不特别这得看个人理解,但黑洞也可以不是一个致密的天体。我们就来看看,为什么黑洞也可以不是那么致密。

黑洞半径的公式可以由史瓦西半径公式求得,当然,这种黑洞是不旋转、无电荷的最简单的黑洞。

其中rs是史瓦西半径,G是万有引力常数,c是光速,将常数带入公式后,可以写成下面这样;

可以看出,半径与黑洞质量是成正比的。

密度的公式:
由于黑洞是一个球体,所以V为球体体积:

从上面的公式可以看出,当黑洞质量增大时,半径成正比的增加,但体积却是成立方倍的增大。由密度公式可知,质量越大的黑洞密度越小。特大质量黑洞的密度甚至只有空气密度这么大。

黑洞在笔者看来,黑洞是非常特别的。因为它的表面逃逸速度达到了光速,这使得几乎没有什么信息能够离开它传递到黑洞外面。所以,我们根本就无法观测黑洞内部的情况。我们能够看到的也只是它周围吸积盘的情况。这就足够特别了!


讲科学堂


这么理解恐怕不行。

我们说一个黑洞的大小,一般是说它的视界的大小。那么黑洞的密度就是质量除以视界的体积。

天体的史瓦西黑洞半径与天体质量成正比,从而黑洞的密度与天体质量的平方成反比。

下图为史瓦西半径公式

也就是说越大质量的黑洞其整体密度越小,事实上很多大质量黑洞的密度还没有空气密度大。

真正密度大的是黑洞中的奇点,一个密度无限大、时空曲率无限大的点。


科学大厦


为了好理解,可以先这样认为。虽然宇宙是复杂的,可以先了解它简单的部分知识,再慢慢掌握更多的知识,这是一种由简单到复杂的学习方法。

黑洞其实就是一种天体,因为它密度大,吸引力特别强,因此越过它临界区域的物体,都被它吸入。因为它吸引力强到连光都被吸入,并且不管吸入什么,都不会再被观察到,由于人们不了解物体被吸入后的情况,就简单理解为这些物体进入了一个洞,所以把这种天体称为“黑洞”。其实真正原因就是靠近它的物体被它吸附,吸附后人们就“看不到了”,因为连光也逃不出,被吸附的物体就在“黑洞”这个天体上。举个例子来理解,就是流星被地球吸引撞到了地球上,流星其实就在地球表面,因为地球不能吸附住光(吸引力不够大),光能逃逸地球,人们还能观察到这种现象现象,而被黑洞吸附后看不到就是了。


王金星216


对,黑洞是可见的,可见的黑色。而不可见的是反物质。黑色不表示不可见,不可见怎么能叫黑洞。所以黑洞是物质的正常属性!黑洞能不能打开别一层空间都是疑问。



第17号学生


黑洞是推导出来的,并不是直接观测到的。某一大型星系在某一区域内突然加速运动,推导出有看不见的能量对其吸引,发出吸引力的就是黑洞。但是,宇称不守恒的证实,说明了我们的世界是不可逆的!所有运动都是在加速的,地球自转明天会比今天更快,明天的一秒会比今天更短!时空永远在加速膨胀,永远不可逆,由此可以推导出,宇宙会有无穷的维度,从高维不断的向低维展开,最终的结论就是宇宙是虚拟的,我们买的都是单程票!


宫少


不存在黑洞是常识,存在黑洞是科学。常识不可战胜,因此科学退化为常识的敌人。

科学界一直存在霸权,想不到科学家全体被凌辱至哑口无言。

如果存在黑洞,则宇宙以几何级数湮灭。同理,如果存在绝对零度,亦然。

科学的奴才也是奴才,奴才很不科学。


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