03.05 黑洞的密度極限是多少?

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黑洞的密度有多大?如果把我們的地球壓縮成一個黑洞,那麼它的體積將只有直徑1.8釐米,相當於一個小玻璃球那麼大,這樣的密度是不是讓人歎為觀止?



如果將我們的地球壓縮成中子星,那麼它的直徑將在22米左右,如果壓縮成白矮星,其直徑大概在二三十公里左右,很顯然,同樣的質量之下,黑洞的密度最大。


然而這樣的說法卻又是不嚴謹的,因為小質量的黑洞和大質量黑洞的密度完全不同,也就是說黑洞的密度並不是一個固定值,而是變化極大,體現為質量越大的黑洞的密度越小,很是有點匪夷所思。



計算黑洞體積的大小,有一個史瓦西半徑公式,是從物體逃逸速度的公式衍生而來,通常物體的速度若小於一個天體的逃逸速度,就不能擺脫其引力束縛,會被該天體吸引,無法脫離軌道而逃逸到星際空間。所以當特定質量的物質被壓縮到黑洞的該半徑值之內,將沒有任何已知類型的力可以阻止該物質在自身引力的條件下將自己壓縮成一個黑洞。

黑洞的史瓦西半徑公式為:Rs = 2GM/c^2 ; 其中Rs為史瓦西半徑,G為引力常數,M為星體質量,c為光速。

如果僅從史瓦西半徑看,所有半徑尺度和質量大小的黑洞的都是可能存在的,而且黑洞的半徑與質量成正比,又因為球體體積與半徑的立方成正比,那麼當黑洞質量增加時,體積的增加程度將大於質量,這樣黑洞的密度就會變小,因此當黑洞的質量達到一定程度時,密度就會很小。

比如如果將太陽你要說成一個黑洞,那麼史瓦西半徑計算其半徑將為3000米左右,也就是說太陽會成為一個直徑6公里左右的黑洞,但是我們知道地球的質量相當於太陽的33萬分之一,體積是地球130萬倍,同比例的話,太陽變成黑洞的體積應該也是地球的33萬倍,然而很顯然,一個直徑6公里左右的大球中,能放下的直徑1.8釐米的玻璃球的數量遠不止33萬個,也不是130萬個,就是33億個也不止,數量可達百萬億。



再如銀河系中心黑洞的直徑約為4500萬公里,其質量約為太陽的431萬倍,那麼計算一下就會發現,銀河系中心黑洞的體積也遠超過431萬個太陽變成黑洞的直徑6公里的體積。


還有人計算發現,如果把我們銀河系的質量看著一個黑洞的話,那麼它的密度比空氣還稀薄,而如果把我們的宇宙的質量看作一個黑洞,那麼它的密度也大概就是每立方厘米中有5個原子,比我們所謂的真空還有空虛得多,不過它將和我們宇宙的密度幾乎一樣,這也就是說如果我們的宇宙是個黑洞的話,那麼這個黑洞的體積幾乎和我們的宇宙一樣大。

所以,如果以黑洞的體積來計算其密度,那麼黑洞的質量越大,或者說體積越大其密度將越小。



不過我們必須要明白的是,我們所說的黑洞的體積都是一個虛擬體積,因為這種定義和計算方法都是以黑洞的史瓦西半徑來說的,史瓦西半徑的最外端就是黑洞的視界邊緣,然而它並非黑洞的實體界面,這只是一種虛擬體積概念,實際上一般認為黑洞的物質集中地是其內部的奇點,但是我們對黑洞中的世界還一無所知,只是推斷認為黑洞中的奇點是密度無限大體積無限小的點,它的密度肯定是要高過中子星的,和黑洞的視界體積密度也完全不同。


科普大世界


恆星的命運,歸宿大概有幾種。1,中子星,早期的恆星質量都非常大,壽命也很短。巨大恆星的核聚變非常劇烈,直到從氫原子開始經過劇烈的核聚變,原子核在巨無霸的恆星內部的超高壓力,和超高溫度下不斷的聚合產生許多重金屬元素,金,汞,鉛或質子數數量更大的元素,但它們最終會通過超新星爆炸,將大部分核聚變物質拋向廣闊的宇宙空間,最後留下一個高速旋轉中子星。我們地球上的許多重元素,包括黃金等貴金屬元素,都是這些巨無霸恆星的屍體。2.紅巨星和白矮星,而一般的像太陽一樣的中小恆星,核聚變比較溫和,壽命也較長,但它們卻無法聚變出重元素,到鐵元素時會停止核聚變,變成紅巨星開始膨脹,最後在引力的作用下紅巨星的內部塌陷成白矮星。3.只是推測,沒有任何觀測證據,形成黑洞的歷史可能更遠,形成他們恆星可能更早,更加巨大地超出想象。最終其強大的引力大到足以能限制任何爆炸逃逸的力量,其內部可能即使是原子核也可能被巨大的壓力壓碎。它是相對論一種極限形式的解。它真面目超越了人類目前可以理解的範圍。目前人類對於它的瞭解,估計不會到它的真相的1%。


JackLin160150263


黑洞密度有多大?當然密度再大也沒有量子之暗物質粒子大,宇宙中有一種東西它是最輕的也是最小的,也是最多的,也不和任何東西融合一起,怎麼捉也捉不住,它是引力也是量子也是暗物質,統稱為宇宙空間安靜的湖泊。黑洞是實體的並非空間扭曲,只不過轉速已經達到了超光速,光粒子無法逃脫而已,黑洞是什麼?

我給出答案是:它有可能是鐵,銅,氫,氦等等都可以形成黑洞,但它必須要有一種元素粒子搭配能讓它轉起來。

先走黑洞還是隕石還是行星呢?

答案是:隕石!因為黑洞的形成都是經過無數次撞擊分裂出來的,有一種叫做融合,這種融合給黑洞吃它就會越來越大,它不吃的東西是因為是排斥物,當大便一樣排出來周圍一大堆,宇宙無數種粒子,它們各有各的反應,碰撞時它找到它的方向旋轉粒子,然後又轉入大的隕石,隕石又開始撞來撞去,經過幾十億年終於出現了黑洞,後來黑洞開始吃碎片變成了恆星,變成了火球最終變成了地球,所以地球才會有自轉。比較大的黑洞當然一個銀河系吃下去最多變恆星不會變成地球,變成地球它的體積最少與銀河系差不多一樣大,哪裡來那麼多東西夠吃,我們所生活的宇宙已經在中後期,已經非常穩定幾乎沒有什麼大規模撞擊,已經形成了萬有引力制約著所有,你拉我,我拉它,它推我,你推它,環環相扣,如果是前期現在應該還有大量銀河互相撞擊,抬頭望著天空24小時流星不斷,我們的地球也不可能有46億年還存在,它們轉速方向還有它的固體存在才出現高速運轉,所以說黑洞密度有多大誰也不清楚,有的是液態形成的黑洞它專吃液態,有的是金屬黑洞它就吃金屬


與自然做鬥爭


黑洞的密度沒有極限,因為黑洞奇點的密度是無限大,所以通常我們說黑洞密度都是指黑洞視界的密度!

計算方法

所謂黑洞視界這裡我就不做過多闡述了。我們知道越大型的黑洞其視界也越大,所以用視界來計算黑洞密度,得到的結果就會很小。


如果要算黑洞視界的密度,那麼我們必須首先知道視界的半徑!

這裡我們採用經典力學的方法就可以,我們都知道不管什麼天體都會有一個逃逸速度,所以視界的逃逸速度就是光速!我們假設一個物體的初速度是光速!那麼所以該物體的總能量(動能+勢能)都是等於0的:

1/2mv^2=GMm/r(引力勢能) (1)

所以我們可以得到速度關於半徑的關係:r=2GM/v^2(2)又因為我們本身的速度是光速c直接代入即:r=2GM/c^2 (3)

那麼接下來我們就可以計算不同質量黑洞的視界半徑了,如果我們把地球壓縮成一個黑洞:

r=2*6.67*10^-11*6*10^24/9*10^16=8*10^-3米也就是8毫米!!地球質量壓縮到八毫米的範圍,這個密度大約是:4.19*10^33kg/m^3相當大的數字!


如果我們再用銀河系中心黑洞質量來算,質量大約為8.2*10^32kg,所以代入得到視界半徑約為:1.2*10^10米,所以其密度為:

ρ=8.2*10^32/(3/4*1.2^3*10^30*π)=1.16*10^6kg/m^3

大約是水的1160倍,而更大的仙女座星系中心的黑洞擁有上億太陽質量,它的密度和水差不多。


所以我們可以發現黑洞越大,它的密度就越小!這是由於因為史瓦西半徑和黑洞的質量成正比,而體積和史瓦西半徑的立方成正比。

當然這只是用牛頓力學來描述逃逸速度,是不太規範的。但這樣可以更方便理解!如果用相對論去計算過程就過於複雜,不適合作為科普知識!所以就不再敘述了!


科學認識論



黑洞密度極限是多少?這個問題沒說清楚。因為黑洞理論描述黑洞本身,就是一個體積無限小,密度無限大,曲率無限大,熱度無限高的奇點和周圍一片空空如也的天區。

無限小怎麼理解?就是沒有體積的東西,只要有體積,就不是無限小。這就確定了裡面不管裝了多少東西,密度都是無限大的。



何況黑洞的生成是有條件的,要比太陽大30倍的恆星死亡才能生成黑洞。

而這麼大質量的東西剩下十分之一,坍縮成為一個電子大小,算算它的密度有多大?算極限嗎?

黑洞理論認為,中心只有成為無限小的奇點,這個理論才能成立。所以這個密度已經都無限了,還有什麼極限比無限更大呢?


由於黑洞奇點體積無限小,密度和曲率無限大,就不是密度極限多少可以衡量的了。

只要可以用數據表示,再多少都不是無限。黑洞的密度已超過極限,到了無限。這就是黑洞奇點的性質。但一些人認為黑洞的視界是有體積和密度的。黑洞視界就是可以觀測到的,圍繞著奇點一片空空如也的天區,這個可用史瓦西半徑來描述。

根據上述公式,可以測算出一個天體的史瓦西半徑。

如果把這個視界體積分攤黑洞質量的話,就會得出質量越大的黑洞,史瓦西半徑越大,密度就越小。比如位於仙王座北赤道極附近的S5 0014+813的一個巨型黑洞,質量約為太陽的400億倍,它的史瓦西半徑為1.33*10^14米,密度是0.115克/立方米,比氫氣的密度還低780倍。

但時空通訊認為,這個密度並非黑洞實體密度,黑洞的實體是奇點而不是視界。

如果把視界當作黑洞來計算密度會有兩個致命錯誤:一是質量越大的黑洞視界越大,由於一切質量都集中在奇點,自然會導致密度越小;進入黑洞的所有一切都被無限曲率的奇點所吸進,最終消失在奇點。而視界中只有引力形成的場,並無實物,是一片空空如也的天區,憑什麼分擔密度呢。



因此,時空通訊認為,以黑洞視界來確定黑洞密度的方法是錯誤的,沒有意義的,完全不符合黑洞的根本屬性。

因為所有大小黑洞視界都是空空如也的天區,只有奇點密度無限。從這個意義上來說,所有黑洞密度都是一樣的。


時空通訊



為什麼會這樣說呢?因為,所謂的宇宙“黑洞”,是圍繞著無盡數量恆星系運動邊緣與邊緣之間的緩衝帶,是宇宙每個恆星系之恆星所發出的光和熱都不能到達地方,是宇宙圍封著所有恆星系外圍自然形成的黑暗網狀天體,因而,也稱之為宇宙之網物理現象。


由於宇宙之網是存在於無限數量恆星系的外圍之中,起到對宇宙無盡數量恆星系同向運動的平衡緩衝作用,一方面,恆星系之間的同向運動會使宇宙之網同時產生旋渦和對流運動而引發出巨大的壓力和內應力物理現象,用於平衡和緩衝所有恆星系獨立性的同向運動。


二方面,宇宙之網天體只存在著暗物質物理現象,主要是由氣體所構成,由於每個恆星系都是一個獨立性自轉運動的實體,會帶來緩衝帶產生巨大的壓力和內應力物理現象,作用於平衡和緩衝恆星系與恆星系之間的自然隨機運動,這種現象是不存在著密度極限的。

由此可見,"黑洞"只會存在著壓力和內應力物理現象,而是不存在著密度極限現象的。不知這樣的回答是否準確?!如讀者閱後覺得我說的有道理,希給個點贊並關注我,歡迎大家一起討論與學習。宇明於東莞市。


地外天使


答:當前理論描述下,黑洞奇點密度無窮大;黑洞(視界範圍內)整體平均密度,可以從無窮大到足夠小。


黑洞是天文學中一種特殊天體,眾多天文學觀測已經表明,黑洞的確是存在的!



在當前理論描述下,黑洞的質量是有限值,黑洞奇點擁有無窮大的時空曲率、無窮大的密度和無窮小的體積。


當然,這只是當前理論的描述,有可能是當前理論的侷限性導致的,但是目前沒有更準確的理論,來描述黑洞奇點的性質,所以我們只能暫時保留“密度無窮大”這個結論!



另外,當前理論描述,對黑洞整體而言,也就是黑洞的視界範圍,如果以這個來計算黑洞的平均密度,那麼黑洞密度可以足夠小。



因為黑洞的史瓦西半徑,和黑洞的質量成正比,而黑洞體積正比於史瓦西半徑的立方。

所以:黑洞質量的越大,視界範圍也越大,視界範圍內的平均密度會越小,甚至低於水的密度,如果黑洞質量足夠大,那麼視界範圍內的平均密度,就可以小於任何值。


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艾伯史密斯


宇宙大爆炸的原因,是因為奇點內重力重碎上帝粒子,部分質量消失引力減小而引大爆炸,這時的密度也不是無窮大,

而因質量消失所以炸出的速度遠超光速。

而在宇宙奇點形成時,有些物質還沒回到奇點,而奇點就已經大爆炸,所以,有可能觀察到比宇宙還古老的天體


玉林節


根本無黑洞!

一、黑洞是廣相的一個解,廣相既錯。

二、質量以物質為基礎,物質化為無形了,哪還會有質量。

三、黑洞中心所謂奇點,是無任何定律可支持的空中樓閣!


香菸飄渺35


黑洞是缺失天體那來的密度,巨大的引力來自能量缺失


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