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1 # 徐德文科學頻道
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2 # 傅渥成
通常白矮星、中子星、奇異星、黑洞等緻密天體會被稱為「緻密性」。常常會有人誤解「緻密」的概念,誤以為「緻密」就是指密度很高。
我們可以來回顧一下黑洞這一概念被提出時的歷史。第一個想到緻密星可能會導致光無法逃逸的人是英國科學家 John Michell ,他透過計算指出:一個和太陽同等質量的天體,如果半徑只有3公里,那麼光將無法逃離這個天體表面。 後來,1796年,法國物理學家拉普拉斯根據牛頓萬有引力定律求得了黑洞半徑。拉普拉斯的計算雖然是基於經典物理學的,沒有考慮任何相對論,但這一計算的影象非常清晰。假設星體上有以光速運動的物體,寫出其經典的「動能」,當這一「動能」與重力勢能平衡時,這一物體將無法逃逸,此時,方程左右兩側可以消去這個物體的質量,在動能側剩下了光速的平方項,而在萬有引力勢能的一側,剩下了一個「質量除以半徑」的項,這個概念被叫做「緻密度」。這一概念是許多人(包括物理專業的朋友們)經常犯錯誤的概念。
「緻密度」與「密度」是兩個概念,密度是「質量除以體積」,緻密度是「質量除以半徑」。為了對比這種區別,可以想象一下以下兩種情況:
(1)在一個 1m x 1m x 1m 的紙盒子裡蹲著一個人;
(2)在一個 100m x 100m x 100m 的建築物裡站著 100 個人;
我們很容易就能知道,在第一種情況下,紙盒子裡的那個人是很勉強地蹲進去的,這種情況下,密度顯然非常高;而在第二種情況下,這一建築物僅僅看高度,可能有二三十層樓那麼高,在這裡面顯然輕輕鬆鬆可以站上 100 個人,它的密度等於第一種情況的萬分之一,但如果看「緻密度」,這兩種情況下的緻密度卻完全相同。
因此,回答這個問題,黑洞最低的密度可以非常低,只需要滿足緻密度和質量的要求就可以存在。
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3 # 晴月浩新雪
如果黑洞密度是用質量除以視界體積計算的話,那麼黑洞的密度和質量平方是呈反比的,也就是質量越大,密度越小。
如果把目前可視宇宙內所有的物質都塌縮成一個黑洞的話,那麼這個黑洞的半徑大概是460億光年,剛好和可視宇宙的半徑差不多。所以這個假想的宇宙質量級別的黑洞,其密度也就和今天的宇宙內的物質密度相仿,比地球上的大多數實驗室製造的真空還要“空”。
目前人類發現的已知最大黑洞是S5 0014+81,質量達到太陽的400億倍,直徑約2367億千米,約是太陽到冥王星距離的47倍。算下來,密度跟地球表面的空氣差不多。
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4 # 科普大世界
由於黑洞本身的大小不同,它的密度並不是一樣的,並且這個也是可以計算出來的。通常是越小的黑洞密度越大,越大的黑洞密度越小。
比如如果把地球壓成一個黑洞的話,那麼這個黑洞看上去只是一個相當於花生米那麼大的小黑球,但是如果把太陽壓成一個黑洞的話,那麼它的半徑是三公里,但是太陽的質量只是地球的33萬倍,半徑三公里那麼大的體積,放下33萬個花生米,很顯然是太富裕了,放下33億個都不止。所以這樣看上去的話好像很不成比例,但是卻是符合實際觀測情況的。
關於黑洞的質量和大小的計算,有一個公式叫史瓦西半徑公式,根據這個公式計算,地球和太陽的比例就是上述這樣子的,而如果用這個公式去計算整個宇宙如果變成黑洞的話會有多大?那麼如果按宇宙中有兩萬億個星系來算的話,把它換算成黑洞,它的體積會有1000億光年那麼大,但是科學家說我們的宇宙目前大概在460億光年的幅度上,這也就是說,如果一個黑洞的質量像宇宙這麼大的話,那麼這個黑洞比我們的宇宙還大,但是我們的宇宙除了星球之外都是真空,所以物質都是非常稀薄的,如果變成黑洞的話會變得更稀薄。
這可能讓人無法理解,因為我們一直都認為黑洞是密度無限小的一個天體,但實際上並不是這樣,黑洞也都是有它的質量的,我們所說的黑洞的大小都是指它的視界範圍,就是光可以存在的臨界位置,一旦進入視界範圍,那麼光也會被吸入,什麼東西也看不到。
不過這只是表面上的黑洞,在它的內部,黑洞的質量並不以物質的形式存在,而是以能量的形式存在,因為幾乎無法深入到黑洞內部去觀察,所以沒有人知道黑洞內部是什麼,但是科學家們推測黑洞內部可能有一個奇點,這個奇點非常非常小,比如把地球壓成一個黑洞,它會像花生米那麼大的話,那麼這個奇點應該比花生米還小得多,這樣的密度當然是非常非常大了,而如果把我們的宇宙壓成一個黑洞,雖然它的視界範圍比現在的宇宙還大,但是最初的時候的奇點能量球也可能會極端小,我們的宇宙或就來自於這個能量球,或是在開始的時刻發生了未知的情況,導致了能量球失去了自身的平衡,從而發生了大爆炸,進而逐步演變成了我們如今的宇宙。
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5 # 請不要叫我死摳腳大叔
下面我來給大傢俱體分析一下有關黑洞的問題
第一 我是真不懂學術性這麼強的問題
第二 我又不想吹牛逼忽悠大家
第三 如果我分析的還有什麼不足之處 希望大家及時糾正
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6 # 打個噴嚏嚇死鬼
最低密度應該每立方厘米幾百萬公斤,主要是體積和質量過大,比如銀心的質量是太陽的四百萬倍,算下來 也就是幾千公斤,重的可能上萬億億億噸,所以密度小的和我門正常行星一樣,就是質量和體積過大形成的黑洞,不一定上萬億噸才酸黑洞
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7 # Charilue
黑洞具體而言不能以密度來衡量,黑洞不論質量大小都是具有質量的物質在壓縮至史瓦西半徑以下(奧本海默極限)時所產生的、使光無法逃逸的緻密天體;對其討論密度是沒有絲毫意義的,一個有三倍太陽質量的恆星所塌縮的黑洞與一個僅僅只有幾千兆噸的太初黑洞“密度“是相當的(因為奇點只有質量沒有大小);而在黑洞視界之外引力由距離的增加而變小,不同質量的物體能夠產生使光無法逃逸的曲率範圍各不相同,即黑洞“半徑”不同。由於黑洞無法談論密度,若使用中子星等極端星體為例:不論引力透鏡的大小,這些相同種類星體密度實則相似或相等,並不會因質量的大小而決定密度高低,質量決定了這些星體的大小,(若為白矮星質量增加到一定程度便會發生一次LA型新星暴發以削減質量,並最終成為中子星)可推斷出星體型別相同的前提下密度不會隨質量增加而增加。並且黑洞視界的直徑並不是黑洞的大小,(是在該範圍內光受困所產生的黑域),更因為奇點無大小更不能使用P等於M比V來記算其密度(所有黑洞都為正無窮)。
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8 # Mrzhou72849761
黑什麼洞,沒人知道黑洞這個天體是否真實存在,沒人見過沒人瞭解過。只是科學上的一個推論。就算有,這根本沒辦法計算,宇宙萬物,憑現在的科技沒辦法解釋的。客觀解釋出來的,不一定完全正確,只是在現階段只能接受而已
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9 # 發光的黑洞
密度:有兩個,1核心密度,2平均密度。
黑洞分兩部分,視界和看不見或看得見的核心
視界之內,質量集中在核心上,除了核心就是真空。
核心的密度,專家預言100億噸每立方厘米,即: 10^13kg/cm^3。按照銀河系核心400萬個太陽的質量,太陽是2X10^30kg,核心的體積是8X10^8km,直徑僅1150km,這樣的尺度在太空中的相關實物是看不見的,但是看見了一些與此有關的實物,尺寸比這些要大。也就是說:也許是因為估算質量、溫度、壓力、中子間的斥力等諸多因素考慮不足或過度,使體積估算值過小。反過來就是密度沒有那麼大,或者質量更大、溫度更高等。
黑洞非核心部分就是真空的,除了偶爾進入的星體,密度是0。
平均密度就是質量除以視界體積,平均下來很不一致。視界半徑跟質量成正比,視界體積跟半徑的立方成正比,質量越大,密度越小。
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10 # 超級老海25
黑洞奇點的密度是極端巨大的 其強大引力波及範圍(史瓦西半徑)的密度則並不大甚至可以是真空 這就如同離地球幾百公里外也存在引力 只是地球質量太小達到7.9km/s速度即可逃離 達不到這個速度就會被拉回 但我們計算地球密度並不會計算地表之外的空間 我是這麼理解的~
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11 # 浦江何松嶽
黑洞裡面的物質密度有多大?由於黑洞本身的大小不同,它裡面的物質(其實更應該稱為能量)密度並不是一樣的,並且這個也是可以計算出來的。你相信越小的黑洞密度越大,越大的黑洞密度越小嗎?
關於黑洞的質量和體積的計算,有一個公式叫史瓦西半徑公式,就是專門用來計算黑洞的體積的,其計算公式為 R=2GM/C的平方。
史瓦西半徑公式
公式中R稱為事件視界,G為引力常數,M為黑洞質量,C為光速。計算出來就是黑洞的視界範圍的半徑,根據這個公式計算,如果把地球壓成一個黑洞的話,即M等於地球的質量,具體為5.977×10的27次方g,那麼黑洞的半徑R只有0.9,即為直徑1.8釐米的圓球,那麼這個黑洞看上去只是一個花生米大一點,相當於一顆大白兔奶糖那麼大,但是如果把太陽壓成一個黑洞的話,計算M為太陽質量(1.9891*10)的這個公式,那麼它的半徑是2948米,接近3公里,也就是說如果太陽成為黑洞(實際上太陽的質量也不足以成為黑洞),那麼它的質量將相當於一個直徑六公里的大球,但是太陽的質量只是地球的33萬倍,六公里那麼大的體積放下33萬個花生米,很顯然是太富裕了,放下33億個都不止。所以這樣的資料看上去的話好像很不成比例,但是卻是符合理論推算和實際觀測情況的,這也說明,質量越大的黑洞,其內部空間的物質或者說能量的密度會更小。
更加讓人吃驚的是,如果用這個公式去計算整個宇宙如果變成黑洞會有多大?那麼如果按宇宙中有兩萬億個星系來算的話,把它按上面的公式換算成黑洞的體積,則會有1000億光年那麼大,但是科學家們在如今的天文觀測上發現我們的宇宙目前大概在460億光年的幅度上,這也就是說,如果一個黑洞的質量像宇宙這麼大的話,那麼這個黑洞會比我們的宇宙還大,但是我們的宇宙中除了星球之外彷彿都是真空,即使把所有的星球的物質都平攤出來,物質的密度也
是非常稀薄的,而如果變成1000億光年那麼大的黑洞的話,無疑會變得更稀薄。
這可能讓人無法理解,因為我們一直都認為黑洞是密度無限小的一個天體,但計算結果和實際觀測卻並不是這樣,幾乎可以認為視界範圍越大的黑洞,其裡面的密度越小,視界範圍越小的黑洞的密度越大。為什麼會有這種情況出現呢?這就不得不講一講黑洞裡面的奇點了。
其實我們所說的黑洞的大小都是指它的視界範圍,就是光可以存在的臨界位置,一旦進入視界範圍,那麼光也會被吸入,什麼東西也看不到,因此我們看到的都只是表面上的黑洞,而在它的內部,黑洞的質量並不以物質的形式存在,而是以能量的形式存在,因為幾乎無法深入到黑洞內部去觀察,所以沒有人知道黑洞內部是什麼,黑洞中有奇點也是科學家們推論出來的。如果假設黑洞內部可能有一個奇點,那麼這個奇點會非常非常小,所有的物質和能量都集中到了這個小點上,正是它的質量決定了黑洞體積的大小,所以黑洞的物質密度很可能和它的視界範圍無關,而是和這個奇點有關。
比如剛才講到的,把地球壓成一個黑洞它會像花生那麼大的話,那麼這個奇點應該比花生還小得多,這樣的密度當然是非常非常大了。而如果把我們的宇宙壓成一個黑洞,雖然它的視界範圍比現在的宇宙還大,但是裡面的奇點能量球也可能會很小,至於有多小、還無法推測,不過我們將得到一個驚人的發現,就是這種推論或可以解釋宇宙大爆炸的來源,即如果用這種推論來解釋宇宙大爆炸理論,那麼我們的宇宙或就來自於先前一個超級大黑洞中的這個奇點能量球,其在某一時刻發生了未知的情況,導致了能量球失去了自身的平衡,從而發生了大爆炸,我們的宇宙即從此開始,逐步演變成了如今的宇宙的樣子。
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12 # 極境觀潮宙心
黑洞的密度看是如何比喻了,如果作為黑洞區域內與其他同樣空間來對比,黑洞密度自然就大很多,但是黑洞並非實心的組合體,而是由若干星系廢料與星體廢料組合而成的。黑洞的引力源自於該區域星體密度高,同時受周圍星系引力的影響,產生了自我為週期的沒有光的特殊天體。小學時候都學過集合,黑洞是若干集合相交的子集組成的集合,只不過這個集合會不斷的成長壯大,可以把周圍的各個集合吞噬掉,形成一個整體的集合體。即:黑洞。
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黑洞是宇宙中時空破裂的地方,是一種密度無限大體積無限小的天體。既然是無限大,那就是一個不可測量的物理量,從這個意義上說,黑洞不存在最低密度為多大,不管多大的黑洞,它的密度都是無限大的。
但黑洞確實有一個可觀測的介面叫做事件視界,理想黑洞的視界就是它的史瓦西半徑,視界之外是我們用電磁波能探測的地方,視界之內是什麼,現在還沒有人知道,也許將來也永遠不可能有人知道。如果我們非要求黑洞的密度有多大,倒是可以用黑洞的質量除以這個視界的體積,只是這樣算出來會出現一些令人匪夷所思的有趣結果:
宇宙中恆星坍縮形成的最小黑洞至少是3.2倍太陽質量,史瓦西半徑不到10公里,這個密度算出來肯定是駭人聽聞,為了不把你嚇壞,我也就懶得算了;
質量為37.7億倍太陽質量的黑洞,密度為1.29千克/立方米,和空氣的密度一樣,如果掉到地球上而又很良心地沒吞掉地球的話,可以漂浮在任何地方;
迄今為止發現的最大黑洞位於星系S5 0014+813的中心,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;
如果再大一些,比如黑洞和宇宙一樣大,其密度有多大呢?如果把宇宙四維時空的曲率半徑即哈勃距離138億光年作為宇宙半徑的話,算出來黑洞的密度剛好和宇宙的臨界密度差不多!難道我們的宇宙真的就是一個黑洞?
黑洞總不可能比宇宙還大了吧,所以黑洞密度最小可以小到宇宙的臨界密度,即每立方米5.9個質子。
附:黑洞密度計算公式,密度=7.335*10^79/M^2(千克/立方米),M是黑洞質量。