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为什么超大质量黑洞的密度可以很小,而且质量越大密度越小?

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/04/27 22:46:11
为什么超大质量黑洞的密度可以很小,而且质量越大密度越小?
那不是黑洞的体积会变得很大么?引力怎么办呢?
看黑洞的定义:一个时空区域,其中的引力场强到使得任何物质和辐射都不能逃逸出来.强引力场意味着物质的高度密集,要形成一个黑洞,就必须把一定的质量放在一定的体积内,在球对称的情况下,这个体积的大小由史瓦西半径来给定.
理论上,任何质量和尺度的黑洞都是可能的.从基本粒子大小的黑洞,到恒星尺度、太阳系尺度,直到星系尺度的黑洞.
黑洞并不一定是极度致密的星.而是只要致密到中心囚禁住光就可以了.
物体的密度与致密度是两个概念.密度是质量与体积之比,而致密度是形成黑洞的临界半径(可以理解为史瓦西半径)与实际半径之比.
这个值是可以计算的.我没算,下面是从一本书里摘来的.
物体      质量    尺度(R)  史瓦西半径(Rg) 致密度(Rg/R)
原子     10^-26kg 10^-8cm 10^-51cm 10^-43
山峰     10^12kg 1 km 10^-13cm 10^-18
地球 10^25kg 10^4km 1 cm 10^-9
太阳 10^30kg=1M 10^6km 1 km 10^-6
白矮星    1 M 10^4km 1 km 10^-4
中子星    1 M 10 km 1 km 10^-1
星系     10^11 M 10^5光年 10^-2光年 10^-7
宇宙(闭合) 10^23 M 10^10光年 10^10光年      1
上表中,去除了数量级前面的具体数字.致密度也叫引力参数,一般来说,引力参数越十目趋近于1,越容易形成黑洞,或者说,越接近于黑洞状态.
由上表可看出,中子星是最接近于黑洞状态的.如果一个星系引力坍缩至百分之一光年的尺度,它就进入了黑洞的状态,但其密度依然很小.
令人吃惊的是宇宙,按照可观察宇宙的质量,它达到黑洞状态的尺度是100亿光年的数量级,而目前宇宙的尺度,按照大爆炸宇宙理论,也是100亿光年数量级.
难道说,我们的宇宙本身就是一个黑洞吗?