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黑洞的密度是不是无限大?两位天文学家帮你解惑

时间:2024-03-15 15:50:18

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关于黑洞密度是否无限大的争论一直存在,许多人认为黑洞的密度是无限大,但也有相反观点。为了解答这个问题,两位天文学家分别提出了不同的见解。一位天文学家认为,黑洞的密度并不是无限大,而是非常高,因为根据现有的物理理论,质量无法被压缩至无限小的体积。另一位天文学家则认为,由于在黑洞的事件视界内,引力会无限增加,导致密度趋向无限大。两位天文学家的观点都有一定的合理性,他们将在未来的研究中继续探讨这一问题,为我们带来更准确的答案。

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黑洞的密度是无限大吗?还是我们并不知道答案,只是根据相关公式得出的一个结果?

让我告诉你一个秘密:

那些描述黑洞解的基础方程式都是基于“真空”状态下的广义相对论所产生方程式,包括史瓦西黑洞解。没错,就是真空状态下。在真空状态下,将没有任何其他物质,任何地方的密度都是零。史瓦西解是爱因斯坦引力场方程最简单的、球对称的静态真空解。

那么,我们为什么一直讨论黑洞的质量呢?这些在真空状态下的解是奇异的:这意味着时空的曲率(这才是我们真正要求的解)在某些点上是无穷大的。实际上这些点并不是所求解的一部分,就像x=0所处的点不是函数y=1/x解的一部分一样。不过,这些“缺失”的点可以参数化,在史瓦西解的情况下,该参数起着相当于质量的作用。然而,在我们宇宙中任何一点上,用这些公式求出的解并不代表物质的密度,除了解等于0的时候。

那么这个奇点是什么呢?好吧,我们强烈怀疑它是非物质的存在。当我们接近奇点时,引力场变得非常强大。在这样的强度下,引力的量子效应无法被忽略。但是我们没有一个通用的引力的量子效应理论。因此,我们不知道这个奇点具体情况。但我们几乎可以肯定的是,它的密度不再是无穷大,而且很可能,这个奇点也不是真正的奇点,只是我们无法证实。

总而言之,当我们观察一个实际的天体黑洞时,情况是完全不同的。

从外面看,所有这些关于黑洞的现象:奇点或是事件视界,都将永存。所以别在搭理这些奇点了,不管你等多久,一万亿年还是一千亿年,都不会出现事件视界,也不会有任何东西可以穿过它。我相信这就是物理学家约翰惠勒称黑洞为“冰冻的恒星”的原因,当然这个名称同时也被用于俄罗斯文学。

所以在任何地方都不存在无限大的密度,只有(从我们的角度来看)还没有形成黑洞、速度无限慢的物质罢了。再加上我们对霍金辐射的了解,黑洞可能永远不会形成。所以作为物理对象,兴许我们永远不需要关心奇点和事件视界。

不过这也说不准。

而且还有很多物理现象等待我们去发现与研究。

你说的没错,黑洞的密度只是数学上的解“无限”,绝对不是真正的“无限”。

为什么不是呢?这是一个很值得探讨的问题。

因为在我们所观测到的黑洞中,存在相当于10个太阳质量大小的黑洞,同时我们可以在银河系附近或中心看到超大质量的黑洞(我们不能真正地“看到”它,但我们可以观测到它对附近恒星的影响),大约有3亿倍太阳质量,拥有更大的引力。

这样就出现了一个值得我们怀疑的情况:这两个黑洞都拥有“无限”引力但它们的引力并不相等。因此黑洞自身不遵循引力随距离增加而递减的反比定律。

但黑洞对它附近物体的却遵循了引力定律,包括其引力效应随距离增加而减小的反比定律。

所以认为黑洞中没有奇点是更有说服力的说法。但是在中子星以外的第三种简并物质状态下,黑洞中心的核心质量可能等同于5个被压缩到5个原子大小的太阳质量(任意比例),一个拥有3亿倍太阳质量的超大质量黑洞的核心可能有3亿个原子大小(任意比例),但它们的大小不会是“0”,因此引力不是“无限”的。

但是,斯蒂芬霍金和部分其他学者的理论认为,黑洞中是确实存在东西和“信息”的,我个人认为黑洞内部的中心核心质量的确不是虚无的,它占据了三维空间。而所有可观测到的引力对时空的影响是存在的。

有人认为,每个黑洞的中心都有一个“奇点”,“无限”引力场随着超大质量黑洞的变大而变大,事件视界也在变大。

我同意在超大质量黑洞的作用下,事件视界会变大,但在“无限”引力的作用下,我们将失去霍金辐射。

所以,你无法做到两全其美。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

translate: X-inG

author:quora

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显示评论内容(4)
  1. 繁星淡淡 【2024-03-15 16:56繁星淡淡 【[吉林省网友]103.42.68.174
    天文学家的知识总是让人佩服,期待他们的解惑。
    顶0踩0
  2. 不胜人生一场醉2024-03-15 16:40不胜人生一场醉[山东省网友]202.181.121.74
    这个话题太吸引人了,我迫不及待想听听天文学家的见解。
    顶2踩0
  3. 甜兮蜜ぽ沐沐2024-03-15 16:23甜兮蜜ぽ沐沐[火星网友]203.6.136.224
    黑洞实在是太神奇了,密度无限大听起来简直不可思议。
    顶2踩0
  4. M.C2024-03-15 16:06M.C[海南省网友]203.62.139.67
    哇,对于黑洞的密度问题一直困惑,期待两位天文学家的解答。
    顶7踩0
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