黑洞的密度有多大?如果把我們的地球壓縮成一個黑洞,那麼它的體積将隻有直徑1.8厘米,相當于一個小玻璃球那麼大,這樣的密度是不是讓人歎為觀止?
如果将我們的地球壓縮成中子星,那麼它的直徑将在22米左右,如果壓縮成白矮星,其直徑大概在二三十公裡左右,很顯然,同樣的質量之下,黑洞的密度最大。
然而這樣的說法卻又是不嚴謹的,因為小質量的黑洞和大質量黑洞的密度完全不同,也就是說黑洞的密度并不是一個固定值,而是變化極大,體現為質量越大的黑洞的密度越小,很是有點匪夷所思。
計算黑洞體積的大小,有一個史瓦西半徑公式,是從物體逃逸速度的公式衍生而來,通常物體的速度若小于一個天體的逃逸速度,就不能擺脫其引力束縛,會被該天體吸引,無法脫離軌道而逃逸到星際空間。所以當特定質量的物質被壓縮到黑洞的該半徑值之内,将沒有任何已知類型的力可以阻止該物質在自身引力的條件下将自己壓縮成一個黑洞。
黑洞的史瓦西半徑公式為:Rs = 2GM/c^2 ; 其中Rs為史瓦西半徑,G為引力常數,M為星體質量,c為光速。
如果僅從史瓦西半徑看,所有半徑尺度和質量大小的黑洞的都是可能存在的,而且黑洞的半徑與質量成正比,又因為球體體積與半徑的立方成正比,那麼當黑洞質量增加時,體積的增加程度将大于質量,這樣黑洞的密度就會變小,因此當黑洞的質量達到一定程度時,密度就會很小。
比如如果将太陽你要說成一個黑洞,那麼史瓦西半徑計算其半徑将為3000米左右,也就是說太陽會成為一個直徑6公裡左右的黑洞,但是我們知道地球的質量相當于太陽的33萬分之一,體積是地球130萬倍,同比例的話,太陽變成黑洞的體積應該也是地球的33萬倍,然而很顯然,一個直徑6公裡左右的大球中,能放下的直徑1.8厘米的玻璃球的數量遠不止33萬個,也不是130萬個,就是33億個也不止,數量可達百萬億。
再如銀河系中心黑洞的直徑約為4500萬公裡,其質量約為太陽的431萬倍,那麼計算一下就會發現,銀河系中心黑洞的體積也遠超過431萬個太陽變成黑洞的直徑6公裡的體積。
還有人計算發現,如果把我們銀河系的質量看着一個黑洞的話,那麼它的密度比空氣還稀薄,而如果把我們的宇宙的質量看作一個黑洞,那麼它的密度也大概就是每立方厘米中有5個原子,比我們所謂的真空還有空虛得多,不過它将和我們宇宙的密度幾乎一樣,這也就是說如果我們的宇宙是個黑洞的話,那麼這個黑洞的體積幾乎和我們的宇宙一樣大。
所以,如果以黑洞的體積來計算其密度,那麼黑洞的質量越大,或者說體積越大其密度将越小。
不過我們必須要明白的是,我們所說的黑洞的體積都是一個虛拟體積,因為這種定義和計算方法都是以黑洞的史瓦西半徑來說的,史瓦西半徑的最外端就是黑洞的視界邊緣,然而它并非黑洞的實體界面,這隻是一種虛拟體積概念,實際上一般認為黑洞的物質集中地是其内部的奇點,但是我們對黑洞中的世界還一無所知,隻是推斷認為黑洞中的奇點是密度無限大體積無限小的點,它的密度肯定是要高過中子星的,和黑洞的視界體積密度也完全不同。
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