黑洞为什么质量大体积小

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对于像基本粒子尺度或恒星尺度的黑洞,的确是体积很小,密度很大的天体。但这也不是绝对的 。

理论上 ,任何尺度的黑洞都可能形成。而各种尺度的黑洞,所要求的平均密度是不同的。尺度越大,所要求的平均密度越小 。

黑洞的形成 ,使周围时空的性质发生明显改变。按照爱因斯坦相对论方程的史瓦西解,这种改变是在r=2GM/c^2处开始显现。其中:M是中心星的质量,G是万有引力常数 ,c是光速,r是史瓦西半径(即临界距离) 。这个临界距离与引力质量成正比,对太阳质量是3千米 ,对100万倍太阳质量 ,是300万千米,对地球则是1厘米。而这个临界距离r,正是按照牛顿理论计算的表面逃逸速度达到光速时的星体半径。

根据计算 ,当一个超越中子星最大质量的恒星由引力坍缩,形成一个质量为10倍太阳质量的黑洞时,其中心密度可达10^14 g/cm^3 ,是原子核密度的10倍 。而一个总质量为太阳质量的10^15

倍的旋涡星系,如果它的半径为300秒差距,平均密度为10^-15 g/cm^3时 ,其表面逃逸速度也可以达到光速。那么,它也是一个黑洞。所以,黑洞并不一定是一颗致密的星 ,它也可以是一个范围,只要在这个范围内,引力使光无法逃脱 ,它就是一个黑洞 。

物体的密度致密度是两个不同的概念 。密度是质量和体积之比 ,而致密度是临界半径与实际半径之比,也叫引力参数。

以下是常见物体的引力参数。

物体 质量 尺度(R) 临界半径(Rg)引力参数(Rg/R)

原子10^-26 kg10^-8 cm10^-51 cm 10^-43

人体 100 kg 1 m  10^-23 cm 10^-25

山峰? 10^12 kg 1 km ? 10^-51 cm 10^-13

地球? 10^25 kg10^4 km 1 cm ? 10^-9

太阳? 10^30 kg=1 m0 10^6 km? 1 km?10^-6

白矮星1 m0 10^4 km? 1 km?10^-4

中子星1 m0 10 km ? 1 km?10^-1

星系1 ^14 m0 ? 10^5 光年10^-2 光年10^-7

宇宙(闭合)1 ^23 m0 ? 10^10 光年  10^10 光年1(?)

引力参数是物体致密度的量度 。引力参数越接近于1,物体就越接近于黑洞状态。由上表也可看出 ,如果我们的宇宙是闭合的,那么我们的宇宙很可能就是一个超巨型的黑洞。

1923年,伯克霍夫证明 ,在太阳系中,如果把太阳用一个与太阳同质量的黑洞代替,太阳系的几何不会发生变化 ,各个行星、彗星等大小天体仍然会围绕这个黑洞正常运行,只是太阳系没有了光明 。

毫无疑问,黑洞会吞噬其周围的物质 ,使自身质量升高,体积变大,其半径和表面积随之变大 ,其视界也会变大。但随着质量的增加 ,其内部温度和致密度会下降。不管这个黑洞变得多大,其视界始终是存在的 。其“真面目 ”不会显露出来。不过黑洞越大,其视界附近的潮汐力就越小 ,就越是可以接近它,倒是可以“近距离”地观察黑洞。

但原子核尺度的微型黑洞则不然 。按照霍金的计算,原子核尺度的微型黑洞存在量子蒸发现象(大型黑洞同相存在量子蒸发现象 ,只是与其吸取的质量相比,蒸发微不足道而已),通过量子蒸发 ,黑洞质量会越来越小,视界也会跟着越来越小。当其质量减少到不能维持其视界的存在时,即表面逃逸速度小球光速时 ,内部能量大量涌出,发生爆炸。这个微型黑洞也就会在一团光与热中不复存在了 。 

参考资料:

《黑洞》,作者:(法)约翰-彼埃尔·卢米涅

说他是一个点 ,是为了突出它的密度之大 。黑洞的描述是:一个质量极大 ,体积极小,密度极大的物体。黑洞是一个点,一个奇点。

质量越大的物体 ,引力越大,同时,其周围的空间扭曲就越大 。

一些是人造的 ,黑洞之所以是黑洞,是因为其周围的光也因为空间的扭曲,折回到了黑洞内部。一些炫丽的图画是为了让读者理解黑洞在吸收其他天体。

说他是点也好 ,球也好,黑洞都在从四面八方吸收,只不过是自传把它拉得相个面 。点是没有体积的 ,但在宇宙当中,一个小小的球也可以忽视其体积。

不管怎么说,找到一种方法你能理解就好。

祝 ,新年快乐!

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    空澈 2026年05月02日

    我是欧欧号的签约作者“空澈”

  • 空澈
    空澈 2026年05月02日

    本文概览:网上有关“黑洞为什么质量大体积小”话题很是火热,小编也是针对黑洞为什么质量大体积小寻找了一些与之相关的一些信息进行分析,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您。对于像...

  • 空澈
    用户050209 2026年05月02日

    文章不错《黑洞为什么质量大体积小》内容很有帮助