黑洞是體積無限小、質量無限大的奇點,那為什麼黑洞會有視界大小之分?

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黑洞並不是如題主說的體積無限小,質量無限大的奇點。題主的這個描述適合於宇宙大爆炸起始的那個奇點。



黑洞是一個具有質量的天體,一般來說其質量不小於3.2個太陽質量,其上限則不限。由於黑洞的質量極大,使得其逃逸也非常大,根據離黑洞奇點的距離不同,其逃逸速度也不一樣。剛好有一個距離的逃逸速度恰好是每秒30萬千米,也就是光速。這個距離就叫做“史瓦西半徑”。

其中:rs為史瓦西半徑,G為萬有引力常數,c為光速,為天體質量

這個半徑可以通過上面這個公式計算出來。一旦進入了這個半徑之類連宇宙中速度最快的光都逃不出來,幾乎永遠都消失在這個宇宙之中了。



實際上,從這個公式也可以看出,任何質量都有史瓦西半徑。是的,甚至是一個質子都能形成黑洞,這就是量子黑洞。但由於質量越小其霍金輻射也越強烈,對於這種量子黑洞,在它產生的一瞬間就被霍金輻射蒸發完了。而一些超大質量黑洞則需要10∧90年才會被蒸發完,幾乎能與宇宙同壽。

黑洞質量越大,其密度就越小,有的超大質量黑洞的密度甚至比空氣還小。有興趣的朋友可以根據上面的那個史瓦西半徑公式推導一下。


講科學堂


在所有的宇宙天體種類中,黑洞可以說是最難理解又最為神秘的天體,它的引力場強到連秒速30萬公里的光都無法逃脫,任何物質只要來到它的視界邊緣,必然會被吸入到它那無盡的深淵中。

黑洞的視界邊緣也被認為是黑洞的體積外表,也就是被黑洞物理上的表面,但是這個表面並不是有固態物質可以衡量的,而且是看不見的,它只是關於黑洞體積的一種定義,即光線無法逃逸出黑洞引力場的地方,在這個邊緣的外面,物質因為有光可以發出,所以還是可見的,但是在這個邊緣的內部,光等物質永遠無法逃脫出來,所以一切都是不可見的,黑洞的內部是看不到的。

那麼黑洞裡面到底有什麼呢?沒有人真正知道,一般的科學理論認為黑洞中間會有一個奇點,這個起點是體積無限小密度無限大(不是質量無限大),我們所知曉的物理定律在它這裡都將失效。



不過黑洞就是再奇葩,它也只是宇宙中的一種天體,它也是有自身質量的,而黑洞的質量又決定了它自身體積(視界體積)的大小,有一個叫做“史瓦西半徑公式”的物理公式,就是專門來計算黑洞的體積(視界體積)大小的,其公式如下:


在上面的公式中,v指天體的逃逸速度,G為萬有引力常數,M為天體質量,R為天體質心與被吸引物體質心的距離,物體的速度如果小於一個天體的逃逸速度,那麼它就不能擺脫其引力束縛,也就會被該天體吸引,從而無法脫離軌道逃逸到星際空間。於是從中就能得出天體的史瓦西半徑,即為逃逸速度等於光速時候所得出的R的值,以黑洞來說,它的史瓦西半徑等於萬有引力常數乘以其質量乘以二再除以光速的平方,所計算出來的史瓦西半徑,指的就是從黑洞中心向外的史瓦西半徑長度的距離上,正是光線無法逃脫出黑洞引力場的位置。




若用這個公式來計算不同天體變成黑洞的體積,就會發現質量越小的天體其史瓦西半徑(此處也可以理解為黑洞的視界體積)越小,質量越大的天體其史瓦西半徑越大,而且不成比例,比如如果將地球這樣質量的物質變成黑洞的話,那麼它的史瓦西半徑只有0.9釐米,而如果將太陽這樣質量的天體變成黑洞的話,它的史瓦西半徑將達到三公里那麼大,但是太陽的質量只有地球的33萬倍,體積只有地球的130萬倍,然而半徑三公里的球體放下幾十上百萬個半徑0.9釐米的小球是遠遠不止的,放下幾十百億個都不成問題,而如果將整個宇宙的物質化作一個黑洞的話,那麼它的視界體積比我們的宇宙還大,因此也有人懷疑我們是不是處在一個巨型黑洞之中。


科普大世界


首先,題主對黑洞的理解有誤。黑洞是由中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、體積無限小,熱量無限大的奇點和周圍一部分空空如也的天區所組成的。不同的黑洞,具有不同的質量,而黑洞的質量,直接決定了黑洞的史瓦西半徑,也即事件視界的大小。

黑洞的事件視界

事件視界,是一種時空的曲隔界線。視界中任何的事件皆無法對視界外的觀察者產生影響。在黑洞周圍的便是事件視界。在非常巨大的重力影響下,黑洞附近的逃逸速度大於光速,使得任何光線皆不可能從事件視界內部逃脫。

大小為史瓦西半徑的物體表面便是一個不轉動的黑洞的事件視界(轉動的黑洞的行為稍有不同)。一個物體的史瓦西半徑正比於其質量。

所以,黑洞的質量越大,它的史瓦西半徑也越大,事件視界也越大。

最小的黑洞

XTE J1650-500是人類至今發現的最小的黑洞,它的史瓦西半徑僅有12千米,有著相當於5至10倍於太陽的質量。

最大的黑洞

人類至今發現的最大黑洞是SDSS J140821.67+025733.2,其質量為太陽的180億倍。

以上是我對問題“黑洞是體積無限小、質量無限大的奇點,那為什麼黑洞會有視界大小之分?”的問題,歡迎大家在評論中與我交流討論。


奧秘365


黑洞並不是天體 只是一種現象 也並不是黑洞通過巨大的引力把光吸走了 而是通過一種旋轉 將極強的光彙集起來 將中間的光子全部黏連 向外擴散 是黑洞邊緣發出強光 而黑洞中央沒有光子 也就是沒有了光的傳播介質 這才是黑洞的本質






尕少年1


因為黑洞並不是質量無限大啊。

誰給你說黑洞是質量無限大了?不知道是你看了劣質地攤文學還是沒注意看錯字了呢。

黑洞的奇點,是體積無限小,密度無限大,質量是有限的,並且可以計算出黑洞的質量。

實際上,黑洞的形成和質量完全沒有關係,而是和物體的體積(密度)有關。

中學都學過萬有引力的定律吧:



我們可以看到,兩個物體之間的萬有引力的大小,不僅僅和質量有關,還和距離R有關。

距離越近,萬有引力就越大!離物體越近,就越難逃離這個物體。

所以我們根據萬有引力定律,就可以計算出物體的逃逸速度



也就是說,只有一個物體的速度超過v,才有可能脫離另外一個物體的引力。

根據公式可以看出來,半徑R越小,逃逸速度就越快。當逃逸速度v大於光速的時候,這就代表連光都逃逸不出去了,這就是黑洞。

當,v等於光速c時,根據上面一個公式,我們各自計算出一個半徑。



這個半徑就叫做史瓦西半徑,也就是說當你處於史瓦西半徑之外,不管物體質量有多大,你都可以逃的出去,如果在史瓦西半徑之內,連光都跑跑不出去。

史瓦西半徑,就是黑洞的視界。

所以,任何物體,不管質量有多大,只要是被壓縮到史瓦西半徑之內,就會形成黑洞。可見,天體的質量越大,史瓦西半徑就越大。

地球也有半徑。把地球質量帶入上面的公式。可以計算出地球的史瓦西半徑是9毫米。 也就是說,如果你能把地球壓縮到9毫米之內,那麼地球就形成了一個9毫米的小黑洞。

但實際上,物體並不能自由的變換體積。我們中學學過,物體之所以佔有一定的體積,是因為分子之間的作用力來支撐的。

如果你壓縮物體的力大於分子力,就會把分子壓碎,形成了原子晶體。

而原子質量由於存在電磁斥力,阻止你進一步壓縮。

如果你壓縮的力比原子之間的電磁力還大,就會破壞原子結構,把電子全部壓到原子核裡邊去,並且原子核裡的質子和電子結合,形成中子。最終物體就會形成一個全是中子的結構,這就是中子星。

此時,中子之間還存在一種對抗的力量,叫做費米簡併壓力。我們知道任何有質量的粒子,都會佔有一個基本的空間,兩個有質量的粒子,是不能靠的太近的,有質量的粒子會相互對抗,這個對抗力就是簡併壓。

簡併壓是物質的最後一道防線,正是簡併壓保證了物體都具有一定的體積。一旦壓縮的力比簡併壓還大,那就會形成物質的大坍塌,因為再也沒有任何力能阻止物質體積不斷弱小了。

一旦發生了大坍塌,物質體積就會不斷地弱小,最終變得無限小。也就是體積V無限趨於0,實際上,這就是一個點,這個點就是奇點。

這就是奇點體積無限小,密度無限大的原因,是因為物質在無法佔有體積。

但這並不是說質量無限大,並不存在什麼無限大質量的黑洞,所有黑洞都是有一定的質量的。不同質量的黑洞,就會有不同大小的視界。


shawn25


不應有這樣結論性的提問。拿參宿四來參照一下子吧,它的質量要遠遠大於太陽,未來某一時刻會爆發而成為超新星,爆炸後會拋棄外殼,而內部會因強大引力和壓力迅速坍塌龜縮為一點,這個點體積是多大?質量是多大?無法觀測和計算只能推測,肯定不會是無限小到無。也就是說它是有一定體積和質量的。天文學定義:只有大於三倍太陽質量的恆星爆發後才會形成黑洞。所以根據恆星生前質量大小不同,爆發後產生的黑洞內部點的體積和質量大小應有區別。正因如此可以通過黑洞形成的大小不同視界而反推出它內部點的體積和質量大小。當然只是比較此大彼小,而真正的體積和質量目前無法測量。


用戶59775889663


這個問題你不覺得矛盾嗎?既然有大小,就不是奇點,反之既然是奇點,就沒有大小,互相矛盾的問題儘量別提,令人恥笑。

黑洞是個天體,不是奇點,是球體,而且是實均勻心球,不是密度無限大,體積無限小,在宇宙中的任何天體及事件都不要冠以“無限”二字,是違背宏觀物質科學道理的,也是無知的。

黑洞的質量有大有小,所以體積就有大有小,它的視界事件當然也是有大有小的,這再平凡不過的道理,也拿來展示,實在是悲哀。


雲遊27272727


黑洞與奇點風馬牛不相及!奇點只是霍金在宣傳宇宙大爆炸時提出的一個概念,宇宙中是否真的存在奇點還很難說,不要什麼都跟奇點牽扯到一起!現在主流觀點認為的黑洞是超大質量恆星死亡後的屍體,仍然是星球的一種,至於說它的質量和體積究竟怎麼樣,還需要在科技進步的情況下繼續探測。


昊田2


黑洞不可能太小,太小就根本不能形成黑洞。黑洞也不是奇點,二者相差最少有萬億的數量級。


果果129441969


黑洞是一種天體,我還是第一次聽說,黑洞是什麼科學上還不知道,黑洞既然可能是奇點,還能是天體嗎?現在就下結論說黑洞是天體,不符合實證科學精神,慣性思維,用知道解釋不知道的。


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