超级黑洞可以浮在水面上?黑洞没有裸奇点,但和你想象的不一样!

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研究黑洞的彭罗斯今年终于获得了诺贝尔奖,以后谁再说黑洞还没被证实真实存在,就和说美国登月造假一样,大抵都可以归入阴谋论那一伙了。
黑洞是宇宙时空破裂的地方,相当于你用一根极细的针,在宇宙时间和空间中戳了一个洞,然后物质就源源不断地漏进去,无论你如何填,拿多少物质去填,都无法填满时空中这个小小的针眼,只会让它的质量越来越大。
所以黑洞是个极小却密度极大的点,怎么可能浮在水面上呢?
宇宙时空中的黑洞针眼可不是我们想象的针眼,黑洞的针眼是根本无法看见的,因为漏进去的物质质量太大,集中在一个无限小的区域内,让周围的时空完全扭曲变形,导致光线都无法逃离出去,因而会在黑洞奇点周围形成一个黑色的球形视界,也就是我们可以观察的边界,黑洞也因此而得名。
这个视界的直径随着黑洞质量的增大而不断增加,视界内就形成了一个我们完全看不见的时空,把奇点包裹起来,因而科学界普遍认为,不存在没有视界的“裸奇点”。
视界既然是一个球形,当然就有体积,黑洞又有巨大的质量,所以黑洞的密度我们可以视为黑洞的质量除以视界内的体积,这个密度究竟有多大呢?
恒星燃烧完可以燃的燃料,走向生命的终点后,小于太阳质量1.4倍的,就会坍缩成致密的白矮星,直径只有数千公里;大于1.4倍到2.2倍的,会坍缩成中子星,直径只有10到20公里;大于3.2倍以上的,就会形成黑洞,直径比中子星还小,所以密度比中子星还大得多——把地球那么大的物体压缩成黑洞,直径还不到1.8厘米。
有人可能已经在问了,那你怎么还说黑洞可以浮在水里,这不是树新风吗?
问题的关键是黑洞可以无限吸进物质,质量越来越大。而黑洞的半径与质量成正比,但体积是却与半径的立方成正比,密度又与体积成反比,因此黑洞的体积增长率大于质量增长率,导致黑洞的密度会随半径增长而减低,黑洞质量越大,密度就越小。质量大到一定程度,密度就可以小于水的密度,当然就相当于可以浮在水面上了。
这里有一个黑洞密度的计算公式,其中M是黑洞的质量,单位是千克,有兴趣的朋友可以进行计算:
p=7.335*10^79/M^2(千克/立方米)
当黑洞的质量达到1.36亿个太阳质量时,其密度就等于水的密度了,理论上就可以浮在水面,我们邻近的仙女座星系中心的黑洞大约是1.1到2.3亿个太阳质量,可能已低于水的密度了;
黑洞的质量如果达到37.8亿个太阳质量,其密度就和空气密度差不多了,放到地球上就可以像气球一样升到空中,可惜这样的黑洞直径达到了112亿公里,地球和它比起来只是一粒尘埃,是谁浮在谁表面呢?
宇宙中质量最大的黑洞,可能存在于类星体TON 618中心,计算表明其达到了660亿倍太阳质量,直径超过1300个天文单位——可以作为对比的是,目前人类发射的飞得最远的探测器旅行者一号,正处于离太阳150个天文单位,224亿公里处。那么它的密度是多少呢?0.0000042克/立方厘米,估计快到真空的程度了吧。
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