如果引力影响时空那么极端密度的物质是在哪个方向下陷崩塌还是说黑洞之中没有物质?

这个问题里有几个概念必须弄清楚:极端密度、下陷崩塌、黑洞、物质。弄清楚了这些,这个问题就迎刃而解了。
首先,极端密度不是无限密度,因此不适用于黑洞。极端一般可以理解为非

本文最后更新时间:  2023-03-26 18:04:04

这个问题里有几个概念必须弄清楚:极端密度、下陷崩塌、黑洞、物质。弄清楚了这些,这个问题就迎刃而解了。

首先,极端密度不是无限密度,因此不适用于黑洞。极端一般可以理解为非常、特殊、顶端的意思,还是可以衡量的;而无限则是没有止境的,无法衡量的。

因此,黑洞可以用无限密度来描述,因为没有人知道或者能够探知其密度;一般形容中子星或白矮星会用极端密度这个词。中子星密度为每立方厘米1~10亿吨,白矮星为每立方厘米1~10吨。这种密度在地球上无法做到,在宇宙中也属于特殊天体,但可衡量,所以一般用极端致密来衡量。

还有大爆炸初始普朗克密度是人类已知我们宇宙最高密度。这是表示在宇宙大爆炸开始的10^-43秒(这是人类已知最短时间,普朗克时间),宇宙刚刚从量子涨落背景出现,这时的宇宙密度超过每立方厘米10^94克,是质子密度的10^78倍。但这个密度也是可衡量的,人类可以理解的,因此可以用顶端来表述,这个之上的密度人类就无法认知了,起码现阶段是这样。

黑洞中的奇点无限小,也就是不知道有多小,因此就无法描述这个密度有多大了,只能用“无限”这个词。

奇点的无限密度、无限曲率的描述都是源于奇点是一个没有体积无限小的玩意,连体积都没有,就是一个质子密度也会变得无限大,何况最小的黑洞质量都在太阳的2倍以上。

我们一些人在平时生活写作或者鼓吹某项事物时,总喜欢用“无限”这种词,其实是认知错误。这个世界上“无限”的事物是极少的。大爆炸动态宇宙理论诞生已经100多年了,所有的观测证据都支持这个理论,迄今为止没有一例反证,因此这个理论已经成为科学界共识,宇宙无始无终无限大的静态宇宙论已被摒弃,这样宇宙也是有限的,不能用无限这个词。

其实黑洞奇点已经不是我们世界的东西了,已经不能用“物质”这个词来衡量了,所以奇点中是什么“物质”的说法是不准确的,我只能用“东西”、“玩意”来形容它。

一般认为,奇点是个超时空的玩意,不是我们三维空间的东西,是我们所不能探知的某种能量,因此不受人类物理理论约束。

宇宙大爆炸之前的奇点和黑洞奇点一样,都是无法穷尽之小,比一个质子、一个夸克还不知道要小多少倍,密度在宇宙普朗克时间尺度之上,所以“无限”用在黑洞和宇宙大爆炸奇点上,才恰如其分。

黑洞奇点是大质量恒星死亡后坍缩的结果,其中心是一个无限小的奇点,这个奇点根据其质量大小,会以无限曲率(无限引力)影响周边一片天区,在这个范围连光线也无法逃逸,这片看起来空空如也的天区叫“史瓦西半径”。

史瓦西半径是任何具有质量物体都存在的一个临界半径特征值,任何物体坍缩到了自己的史瓦西半径内都会无可避免的成为一个黑洞。但要坍缩到这个临界值需要巨大的引力压力,这就需要质量足够大。太阳的史瓦西半径约3公里,地球的史瓦西半径约9毫米。

现在我们来说说所谓的“下陷”、“崩塌”。首先这个“下陷”是用词不当的,它与“崩塌”的意义还是有区别的。

恒星演化到末期,中心失去了核聚变的张力,无法抵御巨大质量的收缩压力,就会向中心急速塌陷,记住,是“塌陷”或者“坍缩”,也可以用“崩塌”,但“崩塌”既包含“崩”又包含“塌”,不是很准确。因为这种情况总体上说是一种向中心的收缩力,因此不存在向那个方向“下陷”的问题,用“塌陷”、“坍缩”比较准确。

但为什么不用“收缩”,一定要用“坍缩”或者“塌陷”呢?是因为这种收缩非常快,而且越来越快,收缩的速度会成指数级提升,这不是普通的收缩,因此只能用“坍缩”、“塌陷”来形容,这样比较形象。

大于太阳质量8倍以上的恒星,超新星大爆炸后,中心残留物质会坍缩成一个致密的中子星。这种星球是由于巨大引力压力把原子压碎了,把电子压进了原子核,带负电的电子与带正电的质子结合成为中子,使得整个星球成为一个由中子组成的巨大中子核,这个中子核只有10到20公里半径,确至少有太阳质量得1.44倍以上。

当这个中子星的质量大于太阳质量的2倍以上时,依靠中子简并压抵御引力压的状态就会受到破坏,引力还会使其进一步坍缩,最终坍缩到了自身的史瓦西半径以内,就无可避免的无限坍缩下去,所有物质都坍缩到了那个无限小的奇点,就成为一个黑洞。这里又用了“无限”这个词,这似乎已经成为奇点的专用名词。

一般大于太阳质量30倍的恒星,在演化末期的归宿是超新星大爆炸后坍缩成一个黑洞。

这个恒星最终是坍缩成中子星还是黑洞,实际上最终要看超新星大爆炸后,核心部分残留的核有多大。超新星大爆炸后会抛弃大部分质量,中心残留部分质量达到钱德拉塞卡极限,即太阳质量的1.44倍以上,就会坍缩成一个中子星;中心残留质量达到奥本海默极限,即太阳质量的2.16倍以上,就会坍缩成一个黑洞。

而钱德拉塞卡极限以下质量的只能成为一个白矮星。我们太阳这种质量以及太阳质量八倍以下的恒星由于引力压力不够,中心核聚变反应到达碳元素就终止了,不会发生超新星大爆炸,只会变成红巨星,最终外围散尽留下中心一个致密的核,成为一个地球体积大小的白矮星。

因此,我们记住这几个关键概念:恒星最终的尸骸~黑洞、中子星、白矮星不是恒星主序星时的全部质量,而是残留质量;恒星演化末期收缩叫坍缩或塌陷,不是下陷;中子星密度极端,黑洞密度才是无限;左右恒星归宿的是质量,临界点是钱德拉塞卡极限和奥本海默极限。

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