黑洞的密度無限大，那麼黑洞會是什麼元素組成的？塌縮的鐵會形成新元素嗎？

這個問題表述不是很準確。

黑洞密度無限大隻是指黑洞中心的奇點。

現在人們認識黑洞一般把黑洞史瓦西半徑包括在內。

黑洞奇點無窮小，但史瓦西半徑是有一定尺度的。

這個半徑與質量成正比，質量越大，史瓦西半徑就越大。

計算公式為：R=2GM/C²

式中，R為史瓦西半徑，G為引力常數（6.67x10^-11N·m²/kg²），M為質量，C為光速。

但黑洞所有質量是集中在奇點上。

這個奇點體積無限小，無限小的東西使我們無法認知的東西。哪怕這個黑洞質量只有1克，其密度也是無限大的，因為無限小的體積無法測算密度。

既然物質在無窮小的體積裡，任何我們認知的元素都不存在。

我們認知的物質都是由原子組成，元素也是有原子組成。

我們人類能夠認知的最小尺度是普朗克尺度，也就是1.6×10^-35米。電子直徑為10^-15米，普朗克尺度比電子小20個數量級，也就是小1萬億億倍。

量子力學認為，小於普朗克尺度對於我們世界沒有任何意義。

但奇點無限小，就是比這個還要小，不知小多少。

而黑洞的所有質量都在這個奇點裡，這樣的物質現有任何理論都無法描述。

事實上，到了白矮星，物質就不是由我們認知的元素組成了。

白矮星是太陽的歸宿，一般認為，0.5倍以上到8倍以下太陽質量的恆星，死亡後就會留下一個白矮星，因此白矮星是這類恆星的屍骸。

白矮星上的物質非常至密，原子被壓扁壓破，一些核外電子成了自由電子，但還基本保持了原子的狀態，依靠電子簡併壓支撐著引力壓力，所以又叫做電子簡併態物質。

何謂電子簡併壓？就是根據泡利不相容原理，在費米子組成的系統中，不能有兩個或兩個以上的粒子處於完全相同的狀態。

這樣電子之間就形成了一種無法相容的壓差，靠這個支撐著不繼續塌陷。

白矮星物質密度達到每立方厘米1~10噸，已經不是我們認識的任何一種元素了。

這種至密物質的星球引力很強大，一般天體，也就是恆星、行星、星際物質靠近它都會被拉扯撕碎吃掉。

隨著白矮星不斷的吞噬周邊天體物質，也就是吸積，質量達到錢德拉塞卡極限，也就是太陽的1.44倍時，電子簡併壓就承受不住身體的壓力了，就會繼續塌縮，巨大能量引發突發碳、氧核聚變，熱失控導致la超新星爆發。

白矮星爆發的結果很可能形成一顆中子星。

因此錢德拉塞卡極限既是白矮星的上限，也是中子星的下限。

中子星的壓力已經將原子壓垮壓碎了，電子被壓進了原子核，與質子中和成為中子，加上原來的中子，整個星球都變成了一個大中子核。

中子星很小，1.44倍太陽質量以上的半徑只有10公里大小，因此物質就更極端至密了，其密度達到每立方厘米10億噸左右，這種物質還能夠算得上我們認知的任何元素嗎？

中子星是依靠中子簡併壓支撐著巨大的引力壓，但有一個奧本海默極限，就是到達3個太陽質量左右時，就撐不住了，必然坍縮成一個黑洞。

恆星形成中子星或黑洞並不一定要一級一級轉變過來，如果恆星巨大，在演化晚期就會直接轉變成中子星或者黑洞。

大質量恆星發生超新星大爆炸直接生成中子星或黑洞。

一般認為8倍以上太陽質量的恆星超新星大爆發後，會留下一個中子星；30~40倍太陽質量以上的恆星大爆炸後會留下一個黑洞。

從中我們可以發現，超新星大爆炸是把絕大部分物質都透過爆發拋散到了太空，剩下的核心很小很小。

中子星在3倍太陽質量以下，而一個40倍太陽質量的恆星，生成的黑洞一般只有4倍左右的太陽質量。

也有巨大的恆星由於中心溫度太高，會產生足量的反物質，大爆炸後灰飛煙滅，什麼也不會留下。

大質量恆星演化末期，都是完成了從氫核聚變開始，一級一級核聚變，到達鐵元素就無法進行下去了。

超新星大爆發前原恆星中心都是一個鐵核。

大質量恆星都是一級一級不斷的發生核聚變，從氫核聚變開始，順著元素週期表從輕到重不斷升級，每升一級所需要的的溫度和壓力就更高。

但到了鐵元素這一關，就過去去了。

這是因為鐵元素是最穩定的元素，不管是核裂變還是核聚變都不會產生能量形成自發的鏈式反應，而是要消耗更多的能量。恆星在演化後期根本沒有能量來激發鐵核聚變。

這樣大質量恆星核心到此核聚變就進行不下去了。

在整個恆星主序星階段，恆星的穩定都是依靠中心核聚變的輻射壓來抵禦質量的引力壓，沒有了核聚變輻射壓，恆星引力壓導致物質急劇向核心坍縮，導致核心崩潰，熱核失控導致巨大能量爆發。

這就是超新星爆發。爆發的結果，根據中心留下至密天體的質量不同，形成一箇中子星或者一個黑洞。

有人問，中心那個鐵核呢？當然也被炸得粉碎了。

超新星爆發的能量巨大，一顆超新星爆發至少相當於太陽一生100億年輻射能量的總和，2015年發現的ASASSN-15lh超新星爆發，是迄今最強烈的超新星爆發，瞬間亮度達到太陽的5700億倍。

超新星爆發的溫度可達100~1000億度。

在這樣巨大能量高溫高壓下，還有什麼物質練不出來呢？那個頑固的鐵核當然也不例外，瞬間聚變成了更重的元素。

在宇宙誕生初期，只有氫、氦、鋰等輕元素存在，是恆星核聚變和超新星大爆炸，才使我們這個世界的元素漸漸多起來，但總量不到1%。

而現在宇宙中人類已經發現存在118種元素，這些元素的所有重元素，都是恆星透過核聚變和超新星大爆炸得來的。

這些元素無法與極端天體相提並論。

人類已知的118種元素中，密度最大的元素為金屬鋨，每立方厘米22.8克。

白矮星物質密度每立方厘米達到10噸左右，中子星物質密度每立方厘米達到10億噸！

這種密度與我們已知元素完全不在一個量級上，是真正的天壤之別。

劉慈欣《三體》小說中三體人派出的水滴，就相當於中子星密度，因此光滑無比，一個原子都難以隆起。

這種物質雖然我們目前無法看到，但還在我們的理論認知範圍之內。

而黑洞奇點，已經超出我們的認知，是超時空的東西，人類又怎麼能夠窺視其中的奧秘呢？

結論：黑洞的組成已經不是我們認知的元素，鐵在高溫高壓下能夠聚變出更重的元素，但“塌縮”描述不準確。

黑洞並不是由任何元素組成的，另一方面黑洞的密度也不是無限大。

關於密度

大家應該都知道，黑洞是根據廣義相對論預言的一個天體，它早在相對論提出後一年左右就被天文學家史瓦西在廣義相對論的引力場方程一個解裡發現了。根據他得到的史瓦西半徑公式，當一定的質量壓縮到一定的半徑範圍內，就能產生黑暗的視界，就能形成黑洞。我們先來看看這條史瓦西半徑公式：

但很明顯這條公式裡，黑洞的質量跟密度並不成正比，而是跟半徑成正比，而半徑的三次方才是與密度成正比。因此，黑洞的密度並不是恆定的，也不是質量越大密度越大，而是剛好相反，黑洞的質量越大，密度反而越小。

不過這裡得到的密度並不是真正的密度，而是平均密度。黑洞並沒有一個固體或液體或氣體或等離子體……的表面，反正就是沒有任何物質表面就對了，理論上它的所有質量都集中在中心的奇點上，這中心奇點的密度才是無限大的。

那麼這個奇點會由什麼元素構成嗎？回答這個問題之前我們要先來看看坍縮的過程。

坍縮

在史瓦西推算出史瓦西半徑公式後，他就認為，當天體坍縮到視界半徑以內後，就不會有任何物理過程能阻擋它繼續坍縮了，它最終會坍縮成無窮小的一個奇點。

對於史瓦西解，廣義相對論的創立者愛因斯坦本人是很讚賞的，因為它是廣義相對論的第一個精確解。但對於他推算出來的奇點，愛因斯坦是拒絕的，他認為必然有某種機制阻止這種無限的坍縮。

泡利不相容原理

後來，隨著量子力學的發展，科學家對於微觀的物理機制有了更深的認識。根據量子力學，物理學家泡利提出了一種物理機制：泡利不相容原理。他指出兩個以上的費米子（構成萬物的物質粒子，與之對應的是傳播物質粒子間相互作用的玻色子）不能擁有完全相同的量子態。根據這一原理，原子的同一軌道最多隻能擁有兩個核外電子，這樣才能透過兩個電子擁有相反的自旋來避免擁有完全相同的量子態。這意味著當核外電子數高於2時，所有的核外電子不能佔據同一原子軌道。

錢德拉塞卡極限

上世紀二十年代末，一位來自印度的英國留學生，著名的相對論權威愛丁頓的學生錢德拉塞卡據此（泡利不相容原理）提出電子簡併壓的概念。當恆星演化到末期，核聚變終止，無法產生能量用於抵抗引力，剩餘物質在引力作用下將會向內坍縮，當剩餘質量小於錢德拉塞卡極限，坍縮最終會在停止，剩餘物質會處於電子簡併態，達到原子物質所能達到的最大密度。但當剩餘質量超過這一極限，剩餘物質就會突破電子簡併壓，繼續向內無限坍縮下去……

奧本海默極限

到了上世紀三十年代初，科學家透過α粒子轟擊實驗又在原子核裡發現了中子，由於中子同樣遵守泡利不相容原理，隨後美國物理學家奧本海默就據此提出了中子簡併壓的概念。他認為當恆星最終坍縮到電子簡併態並超過錢德拉塞卡極限極限後，帶負電荷的電子會在巨大的引力作用下突破電子簡併壓力被壓入原子核，與核內帶正電荷的質子結合成為不帶電的中子，然後會在中子簡併壓的作用下停止繼續坍縮，從而形成核心由中子簡併態物質構成的中子星。

在這個階段，原子、元素都已經不復存在了，因為中子簡併態的核心裡既沒有質子，也沒有核外電子，自然就沒有所謂的原子、元素這些東西了。

但奧本海默同時指出，當剩餘質量超過了某一極限（奧本海默極限），剩餘物質就會在巨大的引力作用下突破中子簡併壓，此後就沒有任何已知物理機制能讓其停止坍縮了，它最終會坍縮成一個無窮小的奇點。黑洞最終無可避免地產生了。

結論

於是又回到故事的開頭了……只要恆星足夠大，最終的結局依然是黑洞。而從上面的恆星坍縮過程可以看到，當恆星坍縮到中子簡併態，就已經不存在所謂的原子和元素了。自然中子簡併態繼續坍縮產生的黑洞也不會有什麼原子、元素了。

黑洞的物理狀態跟我們已知的任何一種物質形態都不一樣，它的裡面是一個空無一物的彎曲空間和一個無限彎曲的奇點，這個奇點的物理狀態目前沒有任何理論可以描述，相對論只能給出一個定義：時空無限彎曲的一點。然而，我們知道，無限是沒有物理意義的……

廣義相對論表示：我能怎麼辦，我也很絕望啊……

黑洞是一種密度無限大，體積無限小的恐怖天體。這種天體我們並不能用肉眼看見，因為任何光線進入黑洞都逃不出來。所以黑洞不像其他物質一樣有絢麗多彩的顏色，黑洞的顏色只有一種，永遠都是黑色，就好像宇宙中突然出現一個漆黑無比的大洞，又好像是宇宙突然少了一塊，看上去充滿恐怖而神秘。

黑洞曾經只存在於理論中，但現在已經被人們從側面證實。推動這種天體已經超出了人們的想象極限，在經典物理學中，人們根本無法想象一個幾乎沒有體積的空間可以裝得下如此鉅額的質量，這簡直就是匪夷所思。然而宇宙自然就是這麼神奇，宇宙空間中就普遍存在著這種匪夷所思的天體。黑洞存在一個視界，把黑洞和宇宙空間隔離成兩個獨立存在的世界。

物質進入黑洞之後，會逐漸被分解壓縮。村最初的分子變為原子，然後再變成中子，再變成夸克，最終變成一種沒有體積的未知存在。或許這種存在就像能量一樣，因為能量就沒有體積，所以只需要一點空間就可以存在無窮無盡的能量，而且能量還可以轉化為質量。所以進入黑洞的組成並不是以我們已知的元素為主。

包括鐵在內，任何元素坍塌之後，都會形成這種不具有體積的未知存在。

黑洞無中生有，

沒有任何觀測可以證明有黑洞，黑洞是西方最大的科學神話，反映出西方科學對宇宙起源的無知。

黑洞裡沒有任何元素。鐵塌縮不會形成新元素。

鐵塌縮是超大質量恆星經歷了超新星爆炸之後，剩餘質量無法支撐引力的吸引，而穩定維持中子星的狀態，因而繼續向內產生的塌縮。

重元素產生有兩條途徑，一種在大質量恆星時期，由恆星內部緩慢發生的“慢中子捕獲”產生；一種是超新星爆炸產生的“快中子捕獲”，即緻密中子流撞擊輕原子核產生。

到了鐵塌縮，該做的事都做完了，現在只有一件事了，專心致志的向內收縮成奇點。

黑洞沒有密度。它是一種天體，在宇宙中呈現為一個球狀的黑體。這個黑體並不是實體的黑球，實體在黑球的中間，一個密度無限大，體積無限小，時空無限蜷曲的點，稱為奇點。

這個點是物理點，不是數學點。無限小，小於普朗克常數，但大於零。它的引力極大，以至光速無法逃逸，在光速無法逃逸的範圍，形成一個不反射任何光的球體區域，這片黑色的空間，稱之為“事件視界”。超大黑洞的“事件視界”直徑幾千萬公里甚至更大。

黑洞是超大質量恆星死亡後，演化的終極形態。只有原始質量是太陽的8倍，經歷了氦閃，白矮星，中子星超新星爆炸等一系列的物質拋射之後，剩餘質量為太陽3.2倍以上，才能演化成黑洞。

在白矮星階段，恆星所有的物質都由引力造成的巨大重力向內榻縮，直至被壓縮到原子形態，當原子內圍繞原子核旋轉的電子支撐住重力，那麼白矮星形成。當白矮星狀態也不能支撐住壓力，那麼就繼續向內塌陷，把原子核外的電子壓進原子核內，和原子核內的質子結合成中子，中子星誕生。

如果中子簡併壓力也不能支撐重力，那麼中子也壓碎，繼續塌陷，這時候物質的最小單位已經碎裂，只有夸克，夸克不能單獨存在，物質至此沒有結構可以支撐，無法阻擋的無限向內塌縮，直至縮成奇點。

這樣的奇點，如此大的壓力，怎麼會有元素存在的可能呢？元素是化學性質相同的原子統稱，最小單位是原子。組成原子的中子都碎成了渣渣，黑洞沒有元素的容身之地。

至於黑洞內，奇點上，質量與能量的關係，物理定義失效，超出目前的科學範疇，目前沒有答案。

答：黑洞密度無窮大指的是黑洞奇點的密度無窮大，如果以黑洞視界包裹區域為體積，黑洞的平均密度有可能比空氣密度還低，在黑洞奇點處，物質的形態與我們所知的任何物質都不一樣，也不再有元素的概念。

黑洞

黑洞是天文學中最神秘的天體，根據愛因斯坦的廣義相對論引力場方程，其中一個精確解為史瓦西解，描述的是一個不帶電荷和無角動量的黑洞，稱之為史瓦西黑洞，比如我們把地球壓縮成半徑9毫米的球，地球就會坍縮成一個黑洞。

根據廣義相對論的描述，黑洞有一個視界，一切進入黑洞視界的物質將永遠無法逃離出來，連光也一樣；在視界外面，墜入黑洞的物質在黑洞赤道平面形成吸積盤，吸積盤中的物質以極高的速度運轉，溫度高達數十萬攝氏度，併發出耀眼的可見光。

在史瓦西黑洞的中心，是一個半徑無窮小、密度無窮大的奇點，空間和時間在這裡無限彎曲，類似宇宙大爆炸之前的形態。

一般大質量黑洞在演化末期，會透過超新星的方式形成黑洞，還有中子星的質量超過奧本海默極限（大約3倍太陽質量）後，中子星也會繼續坍縮成夸克星或者黑洞。

黑洞密度

一般情況下，我們說黑洞的半徑，指的是黑洞的史瓦西半徑，也就是黑洞視界區域對應的半徑；比如人類拍攝到的首張黑洞照片，就來自距離地球5500萬光年的M87星系，該黑洞質量是太陽的65億倍，對應的史瓦西半徑為195億公里，相當於130個天文單位。

如果以黑洞視界為邊界來計算黑洞的平均密度，那麼黑洞的平均密度將是有限值，而且平均密度與史瓦西半徑的平方成反比；這意味著，隨著黑洞質量的增加，黑洞的平均密度是越來越低的，比如M87星系中心黑洞的平均密度為0.42kg/L，不到水密度的一半。

黑洞奇點

根據廣義相對論的描述，黑洞奇點處的引力無窮大，任何原子在這裡都將被引力粉碎，至於粉碎後的物質是什麼形態，目前誰也說不清楚，這將與我們見過的任何物質都不一樣。

目前，人類所有的物理理論在黑洞奇點處都失效了，就如我們的物理理論無法描述宇宙大爆炸之前的形態一樣，奇點處不再有元素的概念，也不再有基本粒子的概念。

如果有人告訴你黑洞是什麼元素詛成的，他就是下一位諾貝爾獎得主。才剛看到照片就談什麼元素，這不是瞎搞嗎?過幾百年再說。

任何東西你想了解它，首先都得從它那裡獲得資訊。以人類目前的知識，想要獲取地球以外的資訊靠的是光。然而，黑洞並不允許光從它身上射出來，所以我們就無法獲得黑洞本身的資訊，對它的一切認識都是推測，更別說知道它的構成成分了。這就好像你同學看見了一個美女之後，轉而來告訴你她怎麼怎麼好看，你也只能從他告訴你的語言中去構建這個美女的影像，除非你真的去看她一眼，否則光靠轉述的資訊你的大腦無法構建出一個清晰的影象。