黑洞的密度一定是特别大吗?为什么?

黑洞家的铲屎官

这取决于如何定义黑洞的密度。理论上,黑洞的质量都在奇点中,而奇点的体积无穷小,所以无论黑洞的质量有多大(哪怕是可能存在的质量很小的原初黑洞),黑洞的奇点都拥有无穷大的密度。

但我们不会把黑洞的奇点作为黑洞的大小,而是会把黑洞的事件视界作为黑洞的边界。这样算来,黑洞将会有一个平均密度。根据黑洞的视界定义,可以得到它的视界半径,或者说史瓦西半径为:

可以看到,黑洞的视界半径只与质量有关,两者呈正比例关系。再根据球形的体积公式,我们可以得到计算黑洞平均密度的公式:

可以看到,并不是质量越大的黑洞,平均密度就越大,实际情况恰恰与此相反。如果黑洞的质量很小时,它的平均密度确实非常高。恒星级黑洞的质量下限为3倍太阳质量,代入可以得到其平均密度为2×10^18千克/立方米,这大约是中子星平均密度的10倍,白矮星平均密度的10亿倍。如果把地球压缩为黑洞,它的平均密度可以达到惊人的2×10^30千克/立方米。当然,地球在自发情况下无法坍缩为黑洞。

对于那些质量巨大的超大质量黑洞,它们的平均密度会变得很低。例如,银心超大质量黑洞人马座A*的质量为430万倍太阳质量,它的平均密度为100万千克/立方米。标况下的空气密度为1.29千克/立方米,当黑洞的质量达到太阳的37.8亿倍时,它的平均密度与空气一样。而目前已知的某些超大质量黑洞拥有的质量超过太阳上百亿倍,所以它们的平均密度会小于空气。例如,拥有660亿倍太阳质量的已知最大黑洞——TON 618,它的平均密度仅为0.0042千克/立方米,远小于空气密度。


火星一号

黑洞的密度一定是特别大吗?

能称得上是黑洞的,这个密度就是∞,黑洞质心已经坍缩成一个无限小的点,然而点是无法计算体积的,因此无法用密度来描述黑洞;黑洞只有三个可测量参数:质量、角动量、电荷;这就是著名的黑洞无毛定理,也就是说只要天体成为黑洞,那么其之前的物理参数统统不再存在。

一直有人认为地球上的超级强子对撞机会制造出黑洞,继而毁灭地球,不过就运行时间来看也许各位可能要失望,制造黑洞需要的是引力而不是能量,否则伽玛射线暴一次可以生产无数个黑洞,这些黑洞发作起来分分钟吞没银河系.....宇宙中最大能量爆发的伽玛射线暴除了能杀死生物造成地球文明灭绝之外,对于制造黑洞它是无能为力的。

所以题主的第二个问题,比空气密度还小的黑洞....是一个伪命题,应该是认为LHC能制造的微型黑洞并打算描述。

另外担心LHC制造出黑洞吞没地球的朋友也可以洗洗睡了


星辰大海路上的种花家

用高中天体运行公式简单试了一下,不知道为什么上面的大佬推出来r=2GM/c²,我推出来r=GM/c²……有哪位大神能够给解释一下,不吝感谢啊*^O^*

一般我们说黑洞,就是连光线都无法逃出来。实际上黑洞究竟是一个奇点还是真的有一个确定的体积都是猜测。现在只说某个有质量物体附近光线无法逃脱时这个物体的密度。计算过程在图片上,如果有什么问题,劳烦各位指正。

计算过程使用牛顿经典力学的一些公式进行了计算。在宏观低速条件下适用,在黑洞这样级别的存在中是否适用个人没法解释。。。

从这个公式也可以看出,要使光线无法逃脱,中心天体的质量越大,公式的分母就越大,密度反而会减小。

实际上,要是普通恒星质量级别的黑洞它的密度还是很大的,大到我们无法想象。但如果星系级别甚至更大质量级别的黑洞,那它的状态和密度很有可能是我们可以理解的存在。如果质量更大呢?那会不会它的密度比我们宇宙的平均密度还要小?这么想,我们会不会本身就生活在一个黑洞中呢?这么想想还真是可怕。



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