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为何要说黑洞的奇点体积无限小密度无限大?科学家:我们也很无奈

黑洞不是洞,在时空中它表现为一个球体,黑洞有一个封闭的事件视界,任何进入事件视界的物质,就再也不可能逃逸出去,而平常我们所讲的“黑洞的体积”就是指黑洞的事件视界。一个黑洞的事件视界的大小,可以通过它的质量来计算出来(有兴趣的小伙伴可以参考史瓦西半径的相关公式)。

那为什么有时候又说黑洞体积无限小,密度无限大呢?其实这指的是位于黑洞中心的奇点,下面我们来看一下为什么黑洞这个奇点是怎么来的。

牛顿告诉我们,凡是有质量的物体都会产生万有引力,这种力有三种特性:1、它只有吸引力,没有排斥力;2、它是长程力,而且可以无限叠加;3、它的强度很小。

宇宙中的各种天体,其产生的引力的方向都是指向自身的中心,因此它们的核心都会受到来自于自身的引力的压迫。这时引力就表现为重力,其目的只有一个,就是尽自己所能将天体压缩到最小。因为引力的强度很小,所以一般的天体比如说行星,仅凭电磁力就可以抵抗住重力的压迫。

而对于质量更大的天体,由于引力的叠加,其核心承受的重力也就随之提高,这个天体核心的温度和压强也会随之增加,当超过到一个临界值的时候,就会点燃氢的核聚变,核聚变将会产生向外的辐射压,这样就抵抗住了重力,以免自身进一步坍塌,这时这个天体就变成了一颗恒星。

看到这里也许有人会问了,为什么大质量的天体一定主要由氢组成的,不能够是像地球这样的岩石行星吗?其原因就是宇宙的元素丰度,从较大的范围来看,宇宙中的元素都是按一定比例分配的,其中氢元素占了绝大多数。

如果一颗恒星的质量足够大,那么其巨大的重力将会使它的核心引发一轮又一轮的核聚变,在这个过程中各种轻元素一级一级地聚变成更重的元素,一直到铁元素的出现。需要指出的是,质量较小的恒星都不能聚变出铁元素,通常情况下它们会在之前的某一阶段就停止核反应了,例如太阳。

由于铁元素的聚变不再释放能量,恒星内部就失去了抵抗重力的能量,这时恒星就会在重力的作用下开始坍塌。随着恒星体积的缩小,新的力量又会阻止重力,即简并压。

简单的讲,简并压就是基本粒子的排它性,它们不允许其它的基本粒子占据自己的空间。根据现代物理学的描述,简并压可分为三种层次,即电子简并压、中子简并压以及夸克简并压。

但大质量恒星自身的重力会将这三种简并压力全部碾碎,它会将电子压入原子核,使其与核内的质子形成中子,然后将中子压碎变成夸克、最后再将夸克也……

在夸克之下,还有什么力量可以阻止重力呢?我们现在还不知道,于是科学家们只有无奈地得出结论,巨大的重力将会把恒星无限地压缩,形成所谓的“体积无限小,密度无限大”的奇点。

总而言之,黑洞就是宇宙中“大力出奇迹”的典范。从理论上来讲,在更微观的层面上,一定存在着其他的机制,相信随着科学的进步,黑洞的奇点之谜最终会真相大白。

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