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黑洞的密度極限是多少,?

 全性保真 2018-05-04

感謝邀請(qǐng)!

黑洞的密度沒(méi)有極限,,因?yàn)?span>黑洞奇點(diǎn)的密度是無(wú)限大,,所以通常我們說(shuō)黑洞密度都是指黑洞視界的密度!

計(jì)算方法

所謂黑洞視界這里我就不做過(guò)多闡述了,。我們知道越大型的黑洞其視界也越大,,所以用視界來(lái)計(jì)算黑洞密度,得到的結(jié)果就會(huì)很小,。


如果要算黑洞視界的密度,,那么我們必須首先知道視界的半徑!

這里我們采用經(jīng)典力學(xué)的方法就可以,,我們都知道不管什么天體都會(huì)有一個(gè)逃逸速度,,所以視界的逃逸速度就是光速!我們假設(shè)一個(gè)物體的初速度是光速,!那么所以該物體的總能量(動(dòng)能+勢(shì)能)都是等于0的:

1/2mv^2=GMm/r(引力勢(shì)能) (1)

所以我們可以得到速度關(guān)于半徑的關(guān)系:r=2GM/v^2(2)又因?yàn)槲覀儽旧淼乃俣仁枪馑賑直接代入即:r=2GM/c^2 (3)

那么接下來(lái)我們就可以計(jì)算不同質(zhì)量黑洞的視界半徑了,,如果我們把地球壓縮成一個(gè)黑洞:

r=2*6.67*10^-11*6*10^24/9*10^16=8*10^-3米也就是8毫米!,!地球質(zhì)量壓縮到八毫米的范圍,,這個(gè)密度大約是:4.19*10^33kg/m^3相當(dāng)大的數(shù)字!


如果我們?cè)儆勉y河系中心黑洞質(zhì)量來(lái)算,,質(zhì)量大約為8.2*10^32kg,,所以代入得到視界半徑約為:1.2*10^10米,所以其密度為:

ρ=8.2*10^32/(3/4*1.2^3*10^30*π)=1.16*10^6kg/m^3

大約是水的1160倍,,而更大的仙女座星系中心的黑洞擁有上億太陽(yáng)質(zhì)量,,它的密度和水差不多。


所以我們可以發(fā)現(xiàn)黑洞越大,它的密度就越??!這是由于因?yàn)槭吠呶靼霃胶秃诙吹馁|(zhì)量成正比,而體積和史瓦西半徑的立方成正比,。

當(dāng)然這只是用牛頓力學(xué)來(lái)描述逃逸速度,,是不太規(guī)范的。但這樣可以更方便理解,!如果用相對(duì)論去計(jì)算過(guò)程就過(guò)于復(fù)雜,,不適合作為科普知識(shí)!所以就不再敘述了,!

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