如果地球變成黑洞,一立方釐米物質將達4萬億億噸,那麼整個宇宙變成...

2020-12-04 科普大世界

宇宙中的黑洞是一個奇葩的存在,但是黑洞也是一種天體,和恆星行星一樣有它的質量,那麼黑洞中物質的密度有多大呢?這其實是一個很不好回答的問題,不好回答並不是說它不好計算,而是說它並沒有一個統一的標準,因為黑洞中物質的密度計算結果會有大有小,差別極大。

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布是不可能平均的,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釐米一億噸,然而在中子星的內部,密度可能達到了每立方釐米一百億噸,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,其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,就可以得出黑洞的平均密度。不過黑洞的平均密度也並不是固定的,通常是越小的黑洞密度越大,越大的黑洞密度越小,而且差別極大。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,公式為R=2GM/c,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=4πR/3=32πGM/3c^6,而平均密度ρ=M/V=3c^6/32πGM

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。

但是,從這個公式中也能看出,黑洞的平均密度和黑洞的質量成反比。

我們根據史瓦西半徑公式計算地球變成黑洞的大小,其史瓦西半徑還不到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,地球的質量為59720億億噸,這樣計算的話,直徑一釐米的黑洞質量可以達到4萬億億噸左右。

而如果太陽變成黑洞的話,其視界體積會達到直徑六公裡,這明顯和地球變成黑洞是不成比例的,但是結果如此。對於質量為10倍太陽質量的黑洞,平均密度大約是每立方釐米2億噸,基本上就是原子核的密度,也就是中子星的密度(核心部位或達百億噸),所以比太陽大10到20倍的恆星,經歷超新星爆發之後都會變成中子星。

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4000萬公裡左右,這樣算下來密度反倒沒那麼高了,每立方釐米大概為一公斤,是水的一千倍。

宇宙中有一種被稱為類星體的天體,中心的黑洞非常巨大,個別甚至超過一百億倍太陽質量,有一些大型星系中心的黑洞質量也和這樣的黑洞差不多,這些質量大到100億倍太陽質量的黑洞,計算後的平均密度就是每立方釐米0.2毫克,比我們地球上的空氣還輕的多。

而如果把整個宇宙中的物質換算成黑洞的話,物質的密度則更加的稀薄,比我們所謂的真空還要空。每立方米僅有一個氫原子而已。

如果計算整個宇宙的質量換算成黑洞的體積,則會發現另一種奇怪的現象,就是這個黑洞比現在的宇宙還要大的多,宇宙變成黑洞之後的規模遠在千億光年之上,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正在膨脹中的宇宙是不是處在一個奇點爆炸後的巨型黑洞之中。

相關焦點

  • 一立方釐米物質將達4萬億億噸,那麼整個宇宙變成黑洞呢?
    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釐米一億噸,然而在中子星的內部,密度可能達到了每立方釐米一百億噸,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,其密度是不可能平均的。
  • 一立方釐米大小的中子星物質遇到地球會發生什麼?
    就是在自身的巨大引力塌陷作用下,電子已經不那麼「自由」了,因為讓它自由的空間急劇縮小,電子甚至被壓進了原子核內,和帶正電的質子結合變成了中子,因此無論是什麼物質,最終的結果就是一堆密密麻麻的中子,因此說中子星的密度實際上就是原子核的密度,大約可以達到每立方釐米1-10億噸。按照這樣的密度,如果把地球壓縮成一顆中子星,那麼它最後的直徑僅僅20米左右。
  • 宇宙最可怕的天體,1立方釐米重達10億噸,輕鬆摧毀地球!
    宇宙最可怕的天體,1立方釐米重達10億噸,輕鬆摧毀地球! 宇宙中密度最大的東西、最重的物質是什麼呢,有人會毫不猶豫回答肯定是黑洞,其實不然,除了黑洞這個存在,其實是中子星,中子星是宇宙中最可怕的天體,它是一個奇怪的東西,它的極端以至於扭曲了宇宙的規則,可以破壞並感染它所接觸到的一切。那它為什麼會這麼奇怪,可以告訴你一個概念,它的一立方釐米可以重達十億噸,輕鬆摧毀地球!
  • 如果中子星上一塊1立方釐米大的物質軟著陸到地球,會發生什麼?
    中子星是宇宙中密度僅次於黑洞的恐怖天體,中子星密度非常大,指甲蓋大小的中子星物質,其質量可以與一座山相匹敵。中子星和黑洞都是恆星演化到生命末期可能形成的少數終點之一,質量沒有達到可以形成黑洞的恆星在生命末期可以形成一種密度在白矮星和黑洞之間的特殊天體,這就是中子星。絕大多數中子星都是脈衝星,但是中子星也不一定就是脈衝星,只有有脈衝的才可以稱作是脈衝星。簡單來說,中子星的密度在每一立方釐米1億噸到10億噸之間,也就是原子核的密度,這個密度相當於水密度的100萬億倍。
  • 1立方釐米的白矮星、中子星和黑洞物質拿到地球上,都會發生什麼
    可能有的朋友會說,這麼重的物質,掉到地上肯定會砸一個洞吧!如果白矮星物質狀態不變的話,的確會這樣!想一想,將一噸的重量放到一立方釐米的面積上,極高的壓強肯定會把相對鬆軟的地面炸出一個洞來,不過要是真能將一立方釐米的白矮星物質轉移到地球上,卻不僅僅是砸出一個洞那麼簡單。
  • 1立方釐米的中子星物質重達10億噸,把它放在地球上會發生什麼?
    宇宙中存在著很多巨大質量的恆星,當它們內部的核燃料消耗完之後,就會在自身重力的作用下發生坍塌,並常常會發生威力無比巨大的超新星爆發,在一切結束之後,如果其殘留核心的質量大於1.44個太陽質量(錢德拉塞卡極限)又小於3.2個太陽質量(奧本海默極限),那麼它就成了中子星。
  • 1立方釐米的中子星物質重達10億噸,把它放在地球上會發生什麼?
    宇宙中存在著很多巨大質量的恆星,當它們內部的核燃料消耗完之後,就會在自身重力的作用下發生坍塌,並常常會發生威力無比巨大的超新星爆發,在一切結束之後,如果其殘留核心的質量大於1.44個太陽質量(錢德拉塞卡極限)又小於3.2個太陽質量(奧本海默極限),那麼它就成了中子星。
  • 中子星密度大質量大,一立方釐米重量上億噸,是什麼概念?
    中子星的確密度很大,中子星可以說是宇宙中可怕程度僅次於黑洞的天體,其表面的引力場異常強大,和黑洞有得一拼,換句話來說,中子星就是一顆失敗的黑洞。中子星表面的物質密度很大,簡單來說,典型的中子星密度在上億噸每立方釐米,也就是相當於水密度的100萬億倍!白矮星幾十噸每立方釐米的密度跟中子星比起來,似乎有點微不足道了。事實上,如果把地球的密度壓縮成和中子星一樣的話,那麼地球的直徑將只會有22米,而像太陽這麼大的天體,壓縮之後的半徑也不過只有10公裡。
  • 如果一個一立方釐米的黑洞接近地球,會發生什麼?
    其實從嚴格意義上來講的話,一立方釐米這樣小的黑洞是不可能存在的,當然如果你執意要假設這樣一個黑洞的存在,那麼很有可能發生的情況就是地球被吞噬。事實上,無論黑洞的體積有多大,只要它能接近地球,它就可以將地球吞噬,黑洞吞噬物體不是看物體的個頭有多大,只要是體積不比它大的黑洞,它都可以照吃不誤,地球可以被它吞掉,就連是太陽系都可以被吞噬。一立方釐米的黑洞,其史瓦西半徑只有0.6cm,而如果把地球這麼大質量的一個物體縮成黑洞的話,那麼它的史瓦西半徑只有不過0.9cm。
  • 中子星密度每立方釐米1~20億噸是怎麼來的通俗演繹
    中子星的密度是很多人糾結的一個問題,一個立方釐米就有1億噸乃至20億噸重?不可思議。於是引來許多的質疑者。其實我們簡單了解一下這個重量的來源就不那麼驚訝了。地球質量為5.965x10^24千克,太陽質量是地球的33萬多倍。這樣我們稍有點數學基礎的簡單一算,不就知道了中子星的密度了嗎。中子星的質量達到1.44~3.00x1.9891x10^30千克,如按半徑10公裡計算,只是地球半徑的1/637,體積約地球的2.6億分之一,質量卻是地球的48~99萬倍。
  • 中子星密度極大,一立方釐米上億噸,這是什麼概念?
    中子星上一立方釐米的物質,質量高達1億噸以上,甚至10億噸。中子星是目前已知密度僅次於黑洞的天體。在宇宙中,密度比中子星更次一點的天體叫做白矮星。在常溫常壓下,水的密度為1克每立方釐米,而中子星的密度是水的密度的100萬億倍。  地球的平均半徑為6371公裡,如果將地球壓成中子星,那麼地球的半徑將變為22米。像太陽這麼大的天體,壓縮到這種密度,半徑也只有10公裡左右。
  • 中子星1立方釐米重達10億噸,這種極端密度物質怎麼來的?
    人們對中子星物質充滿了好奇,科學家們說,上面的物質密度達到1立方釐米1億~20億噸,這是真的嗎?如果是真的,它是怎麼做到的呢?根據現有量子物理理論,原來它是這樣做到的。簡單點說,壓縮,使勁壓,壓縮到極致,就是中子星物質了。
  • 中子星1立方釐米密度達10億噸,這種極端超重物質怎麼來的?
    人們對中子星物質充滿了好奇,科學家們說,上面的物質密度達到1立方釐米1億~20億噸,這是真的嗎?如果是真的,它是怎麼做到的呢?根據現有量子物理理論,原來它是這樣做到的。簡單點說,壓縮,使勁壓,壓縮到極致,就是中子星物質了。理論上這個壓力要把原子壓碎,電子壓進原子核裡,與質子正負抵消變成了中子,加上原來原子核裡本來的中子,整個星球都變成了一堆中子,這就是中子星了。
  • 地球壓成中子星半徑僅有22米,1立方釐米重1億噸,中子星有多強悍
    太陽是宇宙中一顆質量不算是很大的黃矮星。科學家推測太陽的壽命大約有100億~110億年。最終太陽會因為內部核聚變燃料的耗盡而走向終結。它最終會變成一顆白矮星。白矮星是一種密度非常高的天體。它的密度可高達10000噸/立方釐米。
  • 如果有一立方釐米的中子星在地球上,會發生什麼?
    認為你是要假設一立方釐米的中子星在地球上吧,這裡試著解答一下。
  • 中子星物質做的足球被踢到地球上會怎樣?15分鐘後地球將被炸掉
    中子星的密度高到我們難以理解的程度,它是宇宙之中密度僅次於黑洞奇點和夸克星的天體,每立方釐米中子星物質的質量高達8000萬到20億噸,想一想,每立方釐米的水只有1克重,每立方釐米的鐵只有7.8克,每立方釐米的黃金也只有19克多一點,中子星物質的密度是不是高得難以理解?
  • 宇宙中的物質密度存在極限嗎?中子星密度高達10億噸每立方釐米!
    密度公式為ρ=m/v,表示單位體積內包含的物質質量;比如在標況下,空氣密度為0.001293克/立方釐米,水的密度為1克/立方釐米,鐵的密度為7.9克/立方釐米。一立方釐米大約就是一個骰子大小,在宇宙中,存在很多極端的情況,比如下面幾個:地球核心密度高達15克/立方釐米,是水密度的15倍,主要成分是鐵和鎳,由於巨大的壓力,使得鐵鎳原子之間的間隙縮小。
  • 如果有一個一立方釐米的黑洞靠近地球,會發生什麼?
    如果一個一立方釐米的黑洞接近地球,會發生什麼?首先我們來了解一下1立方釐米黑洞有多大。黑洞本身實質在奇點,而奇點是沒有體積的,或者說無限小體積的。這裡說1立方釐米只能理解為黑洞的史瓦西半徑球形體積,根據球體積公式V=4/3πr^3計算,1cm^3體積的黑洞,史瓦西半徑約為0.62cm,我們地球的史瓦西半徑約9毫米,因此這個黑洞比地球質量要小。那麼這樣一個黑洞質量有多大呢?這就要根據史瓦西半徑公式來計算了。史瓦西半徑計算公式為:R=2GM/c^2。這裡R為史瓦西半徑值,G為引力常量,M為天體質量,c為光速。
  • 如果有一立方釐米的黑洞靠近地球,看看會發生什麼?
    如果一個一立方釐米的黑洞接近地球,會發生什麼? 首先我們來了解一下1立方釐米黑洞有多大。 黑洞本身實質在奇點,而奇點是沒有體積的,或者說無限小體積的。這裡說1立方釐米只能理解為黑洞的史瓦西半徑球形體積,根據球體積公式V=4/3πr^3計算,1cm^3體積的黑洞,史瓦西半徑約為0.62cm,我們地球的史瓦西半徑約9毫米,因此這個黑洞比地球質量要小。
  • 一立方釐米的中子星幾十億噸重,若地球被壓成中子星,會有多大?
    中子星就是傳聞中密度無比大的星球,僅僅是1立方釐米的中子星物質都重達8000萬到20億噸之間,意思是米粒大小的物體掉地上都可能把地表砸個窟窿甚至穿個孔出來,這個密度究竟是多大已經超乎我們的想像。