Question

黑洞的密度有上限吗？

如果黑洞的密度有上限 上限是多少？ 如果没有上限 是否说明粒子可以无限压碎成更小的粒子？ 比如夸克可以继续压碎分解成更小粒子进行密排六方堆积 质量更大的黑洞可以继续压碎更小的粒子 是否就不存在最小粒子一说？

Answer 1

肯定有上限。因为没用上限，奇点就会永恒在压缩过程中，而永恒就意味着奇点没有爆炸的机会，就不会产生宇宙源于奇点大爆炸这一理论的假想。或者说任何渐变，也就是任何量变都会产生质变。这种质变就会使任何量变都有上限，都会到时候产生质变。黑洞的密度也跳不出量变、质变、---这个怪圈，所以肯定有上限。

追问

是吖 如果可以无限压缩 那么经过无限次压缩得到假定有的最小单元 组成物质的的最小单元或者说粒子的质量和体积可以无限小 宏观物体要占有质量和体积就需要非常多的这种单元 宏观物体≈无限小×非常多

追答

如果可以无限压缩，何来的最小单元。就像小数无穷接近零一样，不存在最小数值的小数，即没有上限，同样没有最小单元。

追问

所以我也认为密度应该有上限 否则我们这个世界的“有”就是由“无”组成的 无限压缩就是一个“消失”的过程

Answer 2

按现在研究，黑洞质量有大有小，但其内部情况我们一无所知，因为视界的存在，黑洞内部光线无法传出，有人推测黑洞是个奇点，即体积无限小，这样的结果就会得出密度无限大结论，有点难以接受...

追问

是吖 如果黑洞一定有奇点 那么就认为 天体逃逸速度达到光速 必然已经坍缩 一天体如果坍缩 它的逃逸速度不一定达到光速 但因为它的坍缩 会使自身达到进史瓦西半径 进而使逃逸速度超过光速 或者当一天体逃逸速度达到光速时 就刚好自身也达到史瓦西半径坍缩

Answer 3

根据目前的黑洞理论，所有落入黑洞视界的物质，都会继续坠入奇点之内，这就意味着，真正的黑洞，实际是在奇点之内，那么黑洞密度无限大这一说法就可以成立。

追问

奇点的物质是什么状态的？ 它们的组成成分是什么？

Answer 4

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

追问

奇点的物质是什么状态的？ 它们的组成成分是什么？