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黑洞的奇点体积极小,究竟有多小?


我们的空中课堂栏目发布一篇介绍黑洞的文章《黑洞——宇宙中神秘的存在,文中提到黑洞中央奇点体积极小,密度趋于无穷大 有读者提问请问体积极小是什么概念?像月球或者小行星大小?像网球大小?还是就是趋近于无穷小?

答案就是趋近于无穷小。


这位读者之所以提出这个问题,可能是混淆了视界和奇点的概念。黑洞的简化物理模型,是中央一个奇点,周围围绕着一个球形结界称为视界。奇点趋近于无穷小的一个点,视界则是有一定大小的。在视界内,逃逸速度大于光速,所以任何物质,乃至光,都不能从视界里逃出来。我们通常认为的黑洞,应该是整个视界的范围。

所以,如果这位读者认为视界有可能像网球大,甚至有可能像月球或者行星大,是有道理的。

但是,奇qí)点顾名思义,是一个很奇异的点它的奇异,很大程度上就是因为它的体积趋于无穷小,密度趋于无穷大。这样的一个点,其情况实在是太极端了,我们现有的物理理论甚至无法研究它

另外,即便是按视界大小算,一个普通的黑洞达到月球那么大,也是挺困难的。黑洞——宇宙中神秘的存在介绍视界大小的计算方法视界的半径是史瓦西半径史瓦西半径Rs可以用一个简单的公式求解

式中G为万有引力常数,m为天体质量,c为光速。  

根据此公式可以算出,太阳的史瓦西半径为3km也就是说要把相当于地球体积130万倍的太阳,压缩到半径仅3km的一个球里,才能形成黑洞。月球半径1700多千米,如果一个黑洞有月球那么大,它的质量就得相当于大约5701700千米除以3千米太阳质量。目前已知的最大质量恒星,也远没有这么大质量。所以,恒星级的黑洞,一般都比较小。  

 真正巨大的黑洞,是星系中央的黑洞,其质量可以达到数百万倍乃至数十亿倍太阳质量。比如,著名的M87星系中央的黑洞据估计质量约为65亿倍太阳质量,大家可以根据前文所说算一算这个黑洞的视界有多大。  

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