黑洞是個密度超級大的天體嗎?有沒有什麼特別的?

2020-11-27 星宇飄零

黑洞密度很大?

黑洞屬於緻密天體這沒毛病,因為在理論上它是通過恆星發展到末期引力坍縮產生的,其發生坍縮時突破了中子星的中子簡併壓,所以理論上在臨界質量(剛好突破中子簡併壓的質量)上它的密度是要比中子星更大的。但黑洞的質量不設上限,它的大小是按照視界半徑計算的,而不是按照物質表面計算,一個不自旋不帶電荷的靜態黑洞,視界半徑即史瓦西半徑。而根據黑洞的史瓦西半徑公式,史瓦西半徑是與質量成正比的,這跟很多擁有物質表面的天體是不一樣的。

史瓦西半徑公式

公式裡G和c均為常數,所以實際上半徑r只與質量有關,根據公式是正比例關係。靜態黑洞就是一個由史瓦西半徑為邊界的「球體」。

我們知道計算球體密度是根據其體積與質量之比的,體積不變,密度與質量成正比,反過來質量不變,密度則與體積成反比。

密度公式

而作為「球體」的黑洞體積則與其半徑的立方成正比。

球體積公式

兩條公式一合併,得到的公式為ρ=3m/4πr,即黑洞「球體」密度與質量成正比,與半徑立方成反比。

綜合密度公式和史瓦西半徑公式後,你會發現黑洞的密度與黑洞半徑立方成反比,由於黑洞半徑與質量成正比,即黑洞的密度與黑洞質量的立方成反比。因此,黑洞的質量越大,密度反而越小……

這在黑洞質量相對較小時,體現得並不明顯,但當質量達到很高時,黑洞的密度就低得超乎想像了。比如我們用最近火熱的M87中心黑洞算一下。

M87中心黑洞

其質量為65億倍太陽質量,按照靜態黑洞計算史瓦西半徑約為192億km。

M87中心黑洞半徑計算

以此計算一下密度。

M87中心黑洞密度計算

密度是0.435...kg/m……是㎏/m,水的標準密度是1000kg/m,0℃時1標準大氣壓下的空氣密度是1.29kg/m,這M87中心黑洞的密度比空氣還低3倍…_(:D)∠)_

空氣密度

黑洞有什麼特別的?

至於第二個問題,黑洞有沒有什麼特別?還挺特別的…按照理論物理學家的計算,視界內外的時空是互換的,視界內空間方向將變換成時間方向,所以落入黑洞的物質將不可逆轉地沿著時間方向落向中心奇點,即r為0的點,而這個r為0的點並非半徑為0的點,而是時間為0的點——時間的終點。這跟黑洞外是完全不一樣的。

黑洞奇點

黑洞是個非常特別的天體。

相關焦點

  • 黑洞不是洞,而是密度大得出奇的天體
    黑洞其實根本不是「洞」,而是密度大得出奇的天體。由於黑洞可以吞噬一切物質,包括光線都無法逃離它們的魔掌,所以天文學家無法直接通過天文望遠鏡觀測到黑洞。黑洞是由一些恆星「滅亡」後所形成的死星,它的質量極大。宇宙中大部分星系,包括我們居住的銀河系的中心都隱藏著一個超大質量黑洞。這些黑洞質量大小不一,大約99萬~400億個太陽質量。讓我們見識一下宇宙中幾個已知的黑洞吧。1、Tong618黑洞。
  • 黑洞是宇宙中密度最大的天體嗎?科學家:黑洞的密度可能很小!
    導讀:黑洞是一種神奇的天體,它無時無刻不在吞噬各種物質,但卻沒有人知道這些物質去了哪裡!它強大的引力甚至連光都無法掙脫,所以我們無法直接觀測到黑洞的存在,只能通過黑洞與周圍物質的作用來推測它的存在!除此之外,科學家還發現了一個神奇之處:黑洞的密度可能很小!我們知道,一個物體質量與體積的比值被稱為密度,可以說密度是對特定體積內的質量的度量。
  • 黑洞是宇宙中密度最大的天體嗎?不!你關於黑洞的知識可能是錯的
    當提到密度最大的時候,我們總是想到黑洞,因為在很多的科普書裡,都仿佛告訴我們黑洞是宇宙中密度最大的天體,甚至在很多人的印象中,黑洞就是一個密度無限大的天體。而視界的半徑並非是無限小的,因此它的密度也並不是無限大。根據科學家的估算,一顆一倍太陽質量的白矮星的半徑約為數千公裡,而一顆1倍太陽質量的中子星半徑則只有約10公裡,一個1倍太陽質量的黑洞半徑則只有約3公裡。看起來黑洞跟中子星的大小差不太多,在同一個量級,因此照這麼看,黑洞依然是宇宙中密度最大的天體。
  • 物質越多則密度越大,密度有極限嗎?黑洞密度是不是無窮大?
    因為棉花和鐵的密度不同。相同的空間之內,物質總量越多,那麼密度就越大,鐵的密度比棉花高,所以相同體積的情況下,鐵就會比棉花重。任何一個物體,我們只要得知它的體積和質量,然後用質量除以體積,就得出了密度。那麼密度有沒有極限呢?
  • 宇宙中有比黑洞密度更大的物質嗎?
    這個世界已經沒有比黑洞密度更大的物質了。當然黑洞的密度主要集中在其中心奇點上。那個奇點已經不是我們這個世界的物質,而是一個超越了我們四維時空的超時空狀態,被認為體積無限小。既然這個體積無限小,也就是不知道有多小。
  • 黑洞是怎麼產生的?密度無限大嗎?又是由什么元素組成的?
    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。
  • 超小質量的黑洞能吞噬質量比它大的天體嗎?
    這種超級緻密的天體2、30公裡的直徑範圍內就包含了一個太陽質量的物質。假如剩餘質量超過奧本海默極限(約3.2倍太陽質量)後,中子簡併態也無法抵禦強大的引力坍縮,物質會勢如破竹地向內坍縮,沒有任何已知的作用力能阻止這種坍縮了,因此,它最終會坍縮到史瓦西半徑範圍內產生光速無法逃逸的視界,最終形成黑洞。
  • 宇宙邊緣有個超級大黑洞
    據英國《每日郵報》3日報導,天文學家在已知的宇宙邊緣附近發現一個超大質量的黑洞,其質量比太陽大10億倍,位於和銀河系大小相當的星系中,距離地球128億光年。
  • 黑洞的密度有多大?可能比空氣的密度還要低!您GET到了嗎?
    理論上黑洞的密度是無窮大的,因為黑洞只有一個沒有體積的點,而質量至少相當於3.8倍太陽質量,如果是絕對密度的話,那麼它的密度就是∞!但事實上我們一般以黑洞的視界來界限黑洞,而史瓦希黑洞的史瓦希半徑和視界是一致的!因此可以用密度來形容黑洞!
  • 黑洞是恆星的「遺體」,是密度無限大、吸力無限強法力無邊的天體
    當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料,它再也沒有足夠的力量來支撐外殼巨大的重量。在外殼的重壓下,核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。
  • 宇宙中發現的十萬個黑洞中有史瓦希黑洞嗎?有太初黑洞嗎?
    這就是著名的黑洞無毛定理,有包含早期天體的部分信息,比如質量角動量與電荷等,但事實上幾乎所有的天體都具有這些特徵,就相當於模板一樣,經過坍縮這個過程,其它在模板所能保留以外的信息就丟了!或者說就像硬碟格式化一樣,無論以前裝的是什麼資料,過後都一樣只剩下了可用空間這個大家都能看懂的信息!那麼如何來區分太初黑洞和恆星型黑洞呢?
  • 黑洞的密度有極限嗎?如果有會是多少?
    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!
  • 什麼天體竟比黑洞還恐怖
    我們發現黑洞就像宇宙中的一隻貴餐怪獸,見什麼吃什麼,管你什麼東西,我都不放在眼裡,但是有一種天體,可以說是黑洞見了它都想繞著走,究竟是什麼樣的天體,能讓黑洞這種怪獸都害怕呢,它就是「類星體」,英文名叫Quasar,臺灣地區直接音譯為「魁煞星」,漫威裡還有個同名的超級英雄,不過電影裡目前還沒出場,類星體這個名字聽起來,貌似平平無奇,不過它可是20世紀60年代,天文學的「四大發現
  • 宇宙有中心嗎?那裡會不會是一個大黑洞?
    假設宇宙有一個中心?這一假設是科學界一個古老而持續的爭論問題,如果有中心,是不是有個超級大黑洞?我們需要分析下:宇宙有中心嗎?如果宇宙有一個中心,那麼這個中心是否有一個黑洞?第一個問題是物理學中的一個基本問題。
  • 宇宙中最神秘的天體,你知道嗎?黑洞在它們面前也甘拜下風
    宇宙中最神秘的天體,你知道嗎?黑洞在它們面前也甘拜下風黑洞可以吞滅宇宙中的一切物質,而因此它也被稱為最殘暴的一顆天體,黑洞在開始形成的時候,就開始不斷的吸積,同時也在不斷的蒸發,但是今天和大家介紹的卻是比黑洞都要恐怖的兩種天體,誰都惹不起,黑洞在它面前就是個弟弟。
  • 「白洞」和「黑洞」有何不同?理論中的超級天體:不可能中的可能
    如今是2020年,我們對黑洞的了解還很表面,黑洞理論提出大半個世紀了,但是直到去年,我們才間接地拍到了黑洞的真實面目。在對黑洞還一知半解的條件下,科學家們卻開始了對另一種極端天體「白洞」的研究。「白洞」現階段作為一種純理論性可能存在的天體,正是今天我們要聊的話題。從性質上來看,白洞是一種與黑洞性質徹底相反的神奇天體,我們只能夠通過研究黑洞,來間接地推測白洞可能具有的性質。
  • 黑洞的密度極限
    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!
  • 是否有比黑洞密度更大的物質?科學家說還真有
    比黑洞密度更大的物質是什麼?要回答這個問題,我們需要清楚黑洞是什麼?是天體嗎?不,不是的。很多人並不真正理解什麼是黑洞,所以我先澄清這個問題,才能繼續說黑洞密度的問題,那麼此刻問題就變成了兩個問題:(1)比奇點密度更大的物質是什麼?(2)比扭曲的時空+奇點更大的物質是什麼?
  • 科學猜想:黑洞的內部物質大部分是反物質嗎?
    我們人類對於黑洞的研究也有近百年的歷史了,雖然一開始我們對黑洞的這種天體的存在一直處於理論假想當中,但是,隨著黑洞首張照片的問世以來,我們才確切的肯定黑洞的存在並且可以肯定我們的宇宙中有非常非常多的黑洞。因為黑洞的照片的問世以來,人們對於黑洞的研究熱情被帶出了一波高潮。
  • 夸克星存在嗎?藏在中子星與黑洞之間的神秘天體,它究竟是什麼?
    舉個例子,為什麼大家都這麼崇拜愛因斯坦,就是因為他的廣義相對論是一個很好的預測模型,這個理論從1916年提出至今,它已經無數次被證明正確。它預測了引力波,結果人類你發現了引力波;它預測了黑洞,人類果然發現了黑洞;它預測了引力透鏡,人類現在正在利用引力透鏡觀察我們的宇宙。