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1 # 牛城散仙
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2 # 愛因斯坦也是民科
密度,這個詞就是個相對概念。“黑洞”也是相對概念。你用一個相對概念追問另一個相對概念,你覺得自己清楚自己的問題嗎?從最寬泛的角度上看,所有的已知物質體都是黑洞,所以黑洞永遠不會是真空。
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3 # 張雙南
這個問題比較容易回答,基本的情況是,黑洞質量越大,平均密度越小。
下面以最簡單的史瓦西黑洞為例做簡單的計算。史瓦西黑洞指的是無自轉而且不帶電的黑洞,在這種情況下,其視界的半徑為R=2GM/c²,其中M是黑洞的質量,G是引力常數,c是光速。因此,黑洞視界內的體積就是V=4πR³/3=32πG³M³/3c^6,而平均密度ρ=M/V=3c^6/32πG³M²,也就是平均密度和黑洞的質量成反比。
我們知道,目前宇宙中已知的黑洞包括兩類,一類是恆星級質量的黑洞,其質量是幾倍到幾十倍太陽的質量,在我們銀河系內已經發現了有幾十個(也包括我本人發現的)。另外一類是超大質量的黑洞,質量通常在百萬到百億太陽質量之間,比如我們銀河系的中心就有一個這樣的黑洞,質量是四百萬倍的太陽質量,很可能宇宙中的每一個星系的中心都有這樣的一個黑洞。有些天文觀測證據表明,宇宙中也存在質量介於上述兩種之間的黑洞,稱為中等質量黑洞,但是目前的證據還不是特別確鑿。因此,對於質量為10倍太陽質量的黑洞,平均密度大約是每立方厘米兩百萬億克,基本上就是原子核的密度,而地球的平均密度大約是每立方厘米5克,因此這樣的黑洞的平均密度大約是地球的平均密度的40萬億倍!但是,對於銀河系中心的那個質量為四百萬倍太陽質量的黑洞,其密度就只有每立方厘米1000克了,僅僅比地球的密度大了大約200倍。對於宇宙中的大部分星系中心的大約一億倍太陽質量的黑洞,其平均密度就是大約每立方厘米2克,僅僅比水高了一倍而已。而對於宇宙中那些質量大到100億倍太陽質量的黑洞,平均密度就是每立方厘米0.2毫克,比空氣的每立方厘米1.3毫克還低了好幾倍,但是離真空還是有很大的距離!
所以,我們平時經常見到的“黑洞的質量很大密度極高”的說法是不成立的!
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4 # 科普大世界
首先必須說一句,黑洞是不具有平均密度的,因為黑洞裡面的物質或者說能量的分佈是不可能平均的,就好像我們的地球,它的最外層是大氣層,其密度當然不能和水和地表相比,然而地表物質的密度也不能和地幔相比,地幔也不能和地核相比。通常天體內部的物質密度要比外面的物質密度大一些,比如中子星,中子星表面的物質密度大概是每立方厘米一億噸,然而在中子星的內部,密度可能達到了每立方厘米一百億噸,所以黑洞很可能也是不一樣的,很多科學家認為黑洞內部有一個奇點,那個起點才是黑洞中物質和能量的聚集之地,會佔有整個黑洞質量的絕大部分,所以在黑洞的視界內部,親密度是不可能平均的。
但我們可以這麼理解,就是把黑洞的質量除以黑洞的視界體積,黑洞的密度並不是固定的,通常是越小的黑洞密度越大,越大的黑洞密度越小,關於黑洞的質量和體積的關係,有一個公式可以計算,這個公式就是史瓦西半徑公式,根據這個公式,只要是知道黑洞的史瓦西半徑就可以知道黑洞的質量,而如果知道黑洞的質量則可以計算出黑洞的史瓦西半徑,那麼有了半徑就能算出黑洞這個球體的體積,有了體積和質量就能計算黑洞的密度了。
根據史瓦西半徑公式計算地球變成黑洞的大小,其實瓦西半徑還不到1釐米,即0.88毫米,也就是說地球如果變成黑洞的話,其視界體積大概只是直徑不到兩釐米的一個小球,而如果太陽變成黑洞的話,其視界體積會達到直徑六公里,這明顯和地球是不成比例的,但是事實如此,天文觀測也證明了這一點,銀河系中心黑洞的質量大概是400萬個太陽,但是黑洞的直徑達到了4000萬公里左右,而如果計算整個宇宙的質量換算成黑洞的體積,則比現在的宇宙還要大的多,規模遠在千億光年之上,而我們現在的宇宙的體積據計算大概是460億光年,所以這也讓我們不得不去懷疑我們的宇宙是不是處在一個奇點爆炸後的巨型黑洞之中。
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黑洞作為超強引力場,直接不能觀察到,黑洞中心物質強大引力形成塌縮總會到達極限引起爆炸,按理說能吸引光線的強引力場塌縮引起的爆炸應該會很快。扯點遠的,我感覺太極圖才能解釋一切,一定有東西在制約著黑洞。