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黑洞的密度极限是多少?

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黑洞的密度没有极限,因为黑洞奇点的密度是无限大,所以通常我们说黑洞密度都是指黑洞视界的密度!

计算方法

所谓黑洞视界这里我就不做过多阐述了。我们知道越大型的黑洞其视界也越大,所以用视界来计算黑洞密度,得到的结果就会很小。


如果要算黑洞视界的密度,那么我们必须首先知道视界的半径!

这里我们采用经典力学的方法就可以,我们都知道不管什么天体都会有一个逃逸速度,所以视界的逃逸速度就是光速!我们假设一个物体的初速度是光速!那么所以该物体的总能量(动能+势能)都是等于0的:

1/2mv^2=GMm/r(引力势能) (1)

所以我们可以得到速度关于半径的关系:r=2GM/v^2(2)又因为我们本身的速度是光速c直接代入即:r=2GM/c^2 (3)

那么接下来我们就可以计算不同质量黑洞的视界半径了,如果我们把地球压缩成一个黑洞:

r=2*6.67*10^-11*6*10^24/9*10^16=8*10^-3米也就是8毫米!!地球质量压缩到八毫米的范围,这个密度大约是:4.19*10^33kg/m^3相当大的数字!


如果我们再用银河系中心黑洞质量来算,质量大约为8.2*10^32kg,所以代入得到视界半径约为:1.2*10^10米,所以其密度为:

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

大约是水的1160倍,而更大的仙女座星系中心的黑洞拥有上亿太阳质量,它的密度和水差不多。


所以我们可以发现黑洞越大,它的密度就越小!这是由于因为史瓦西半径和黑洞的质量成正比,而体积和史瓦西半径的立方成正比。

当然这只是用牛顿力学来描述逃逸速度,是不太规范的。但这样可以更方便理解!如果用相对论去计算过程就过于复杂,不适合作为科普知识!所以就不再叙述了!

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