黑洞就是因为大质量天体发生重力坍缩形成的。在宇宙的早期,由于宇宙还未膨胀到目前这么大,物质和能量的密度还很高,这时的星云可能会在重力作用下直接坍缩成黑洞。 图:黑洞
现代黑洞都是在大质量恒星的生命末期燃料耗尽发生重力坍缩形成的。由于内部的核聚变燃料消耗一空,无法再产生辐射压对抗重力的坍缩,物质在重力作用下,向内挤压。在突破了中子简并压后,就再没有任何力能够对抗重力向内的压力而形成的。 黑洞中心的奇点被认为体积无限的小(具有体积),密度无限的大(具有上限)。因而,根据爱因斯坦的广义相对论,重力是质量弯曲空间的结果,其大小与时空的曲率呈正相关。黑洞周边的时空被弯曲得十分厉害,以至于连光都逃不出去。所以,这种天体被称为“黑洞”。 ;)
黑洞的半径是可以计算的,最简单的黑洞半径满足于史瓦西半径公式: ;)
其中:rs为黑洞半径,G为万有引力常数,c为光速。m为天体质量。这个公式中,只有质量是一个变量。可见黑洞半径只与质量相关。 从这个公式看出,黑洞实际上是一个曲率非常大的时空。而且从这个公式可以推算出黑洞的质量越大,密度越小。超大质量黑洞甚至比空气的密度都要小。 如果将可见宇宙的质量带入史瓦西半径公式,可以发现,宇宙的史瓦西半径与可观测宇宙的半径460亿光年非常接近。或许我们就生活在一个黑洞之中。当然,这只是一个推测。
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