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黑洞為什么有質(zhì)量,為什么說(shuō)黑洞的質(zhì)量有上限

在宇宙中,超大質(zhì)量黑洞是已知質(zhì)量最大的 。為什么以質(zhì)取勝,大質(zhì)量恒星卻打不過(guò)黑洞?所有關(guān)于黑洞質(zhì)量的理論都沒(méi)有黑洞質(zhì)量的上限 。比黑洞大的恒星也是如此 。黑洞通過(guò)吞噬這些大大小小的恒星,變得越來(lái)越大 。宇宙中最大的黑洞有400億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,靠吞噬恒星成長(zhǎng)了幾億年 。挺嚇人的 。
【黑洞為什么有質(zhì)量,為什么說(shuō)黑洞的質(zhì)量有上限】黑洞質(zhì)量會(huì)有上限嗎?
理論上,黑洞的質(zhì)量是有上限的 。但并不是因?yàn)楹诙吹馁|(zhì)量超過(guò)極限,而導(dǎo)致出現(xiàn)其他形態(tài)或崩潰,從廣義相對(duì)論來(lái)看,黑洞就是一個(gè)包含所有質(zhì)量的奇點(diǎn)和被強(qiáng)烈彎曲的空間所組成的天體 。只要給黑洞不斷提供物質(zhì),它們都會(huì)不可逆轉(zhuǎn)地掉入黑洞的奇點(diǎn)中,由此增加了黑洞的質(zhì)量和半徑,在宇宙中,超大質(zhì)量黑洞是已知質(zhì)量最大的一類黑洞 。
它們周圍環(huán)繞著由氣體、塵埃組成的吸積盤,這為它們不斷增加質(zhì)量,但如果超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量過(guò)高,就會(huì)引發(fā)吸積盤中的物質(zhì)坍縮為恒星,這些恒星將會(huì)繞著黑洞旋轉(zhuǎn)而不會(huì)被吞噬 。沒(méi)有了吸積盤的超大質(zhì)量黑洞,它們將很難繼續(xù)增長(zhǎng),除非它們與其他超大質(zhì)量黑洞發(fā)生合并,據(jù)估計(jì),超大質(zhì)量黑洞的理論質(zhì)量上限為太陽(yáng)的數(shù)百億 。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個(gè)這樣接近極限的黑洞,其中最大的TON618的質(zhì)量為660億倍太陽(yáng)質(zhì)量,這是一個(gè)十分遙遠(yuǎn)的類星體,
黑洞是體積無(wú)限小、質(zhì)量無(wú)限大的奇點(diǎn),那為什么黑洞會(huì)有視界大小之分?
在所有的宇宙天體種類中,黑洞可以說(shuō)是最難理解又最為神秘的天體,它的引力場(chǎng)強(qiáng)到連秒速30萬(wàn)公里的光都無(wú)法逃脫,任何物質(zhì)只要來(lái)到它的視界邊緣,必然會(huì)被吸入到它那無(wú)盡的深淵中 。黑洞的視界邊緣也被認(rèn)為是黑洞的體積外表,也就是被黑洞物理上的表面,但是這個(gè)表面并不是有固態(tài)物質(zhì)可以衡量的,而且是看不見(jiàn)的,它只是關(guān)于黑洞體積的一種定義,即光線無(wú)法逃逸出黑洞引力場(chǎng)的地方,在這個(gè)邊緣的外面,物質(zhì)因?yàn)橛泄饪梢园l(fā)出,所以還是可見(jiàn)的,但是在這個(gè)邊緣的內(nèi)部,光等物質(zhì)永遠(yuǎn)無(wú)法逃脫出來(lái),所以一切都是不可見(jiàn)的,黑洞的內(nèi)部是看不到的,
那么黑洞里面到底有什么呢?沒(méi)有人真正知道,一般的科學(xué)理論認(rèn)為黑洞中間會(huì)有一個(gè)奇點(diǎn),這個(gè)起點(diǎn)是體積無(wú)限小密度無(wú)限大(不是質(zhì)量無(wú)限大),我們所知曉的物理定律在它這里都將失效 。不過(guò)黑洞就是再奇葩,它也只是宇宙中的一種天體,它也是有自身質(zhì)量的,而黑洞的質(zhì)量又決定了它自身體積(視界體積)的大小,有一個(gè)叫做“史瓦西半徑公式”的物理公式,就是專門來(lái)計(jì)算黑洞的體積(視界體積)大小的,其公式如下:在上面的公式中,v指天體的逃逸速度,G為萬(wàn)有引力常數(shù),M為天體質(zhì)量,R為天體質(zhì)心與被吸引物體質(zhì)心的距離,物體的速度如果小于一個(gè)天體的逃逸速度,那么它就不能擺脫其引力束縛,也就會(huì)被該天體吸引,從而無(wú)法脫離軌道逃逸到星際空間,
于是從中就能得出天體的史瓦西半徑,即為逃逸速度等于光速時(shí)候所得出的R的值,以黑洞來(lái)說(shuō),它的史瓦西半徑等于萬(wàn)有引力常數(shù)乘以其質(zhì)量乘以二再除以光速的平方,所計(jì)算出來(lái)的史瓦西半徑,指的就是從黑洞中心向外的史瓦西半徑長(zhǎng)度的距離上,正是光線無(wú)法逃脫出黑洞引力場(chǎng)的位置 。若用這個(gè)公式來(lái)計(jì)算不同天體變成黑洞的體積,就會(huì)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量越小的天體其史瓦西半徑(此處也可以理解為黑洞的視界體積)越小,質(zhì)量越大的天體其史瓦西半徑越大,而且不成比例,比如如果將地球這樣質(zhì)量的物質(zhì)變成黑洞的話,那么它的史瓦西半徑只有0.9厘米,而如果將太陽(yáng)這樣質(zhì)量的天體變成黑洞的話,它的史瓦西半徑將達(dá)到三公里那么大,但是太陽(yáng)的質(zhì)量只有地球的33萬(wàn)倍,體積只有地球的130萬(wàn)倍,然而半徑三公里的球體放下幾十上百萬(wàn)個(gè)半徑0.9厘米的小球是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止的,放下幾十百億個(gè)都不成問(wèn)題,而如果將整個(gè)宇宙的物質(zhì)化作一個(gè)黑洞的話,那么它的視界體積比我們的宇宙還大,因此也有人懷疑我們是不是處在一個(gè)巨型黑洞之中,

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