黑洞,严格来讲就是奇点本身,而奇点是没有体积的,密度也是无限大的。

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只不过,我们平时认为黑洞是有体积的,这里的体积当然不是奇点的体积,而是指黑洞史瓦西半径形成的球面体积,史瓦西半径与物体的质量成正比,不可能是无限小的。

史瓦西半径,就是黑洞奇点到事件视界的距离。任何物体都有自己的史瓦西半径,比如说地球的史瓦西半径大约为9毫米,意味着地球被压缩成黑洞,事件视界的大小就是9毫米。

事件视界,顾名思义就是“事件的分界线”,事件视界内部,任何事件都会失去意义,那里不再是我们熟悉的四维时空,具体是什么,科学家们并不知道。

黑洞最中心是奇点,黑洞所有的质量都集中在奇点上。黑洞的质量并不是无限大的,理论上可以有大有小,但即便黑洞质量只有一千克,它的密度也是无限大的,因为奇点的体积无穷小。

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那么,无穷小的奇点,到底是由什么元素组成的呢?所有的元素都不是,甚至完全不能用元素解释。说白了,奇点本身就不属于我们的四维时空,因为时间和空间一旦遇到奇点都失效了,科学家们认为奇点很可能是“超时空或者高维度”里面的东西。

人类能认知的最小尺度是普朗克长度,大约只有10的负35次方量级,而电子的直径大约为10的负15次方量级,两者相差了20个数量级,可见普朗克尺度有多小了。

对于我们来讲,任何小于普朗克长度的尺度都没有意义,因此无穷小的奇点对于我们来讲是没有意义的,根本不是我们已知的任何元祖组成的。

实际上,不要说是黑洞了,即便是中子星和白矮星,也都不是由元素组成的,起码不是我们已知的元素。为什么这样讲?

小质量恒定死亡之后,最终就会留下致密的内核,也就是白矮星,比如说我们的太阳在大约50亿年之后就会演化为白矮星。0.5倍到8倍太阳质量的恒星,最终都会演化为白矮星。

白矮星的密度也是相当高的,每立方厘米就可以达到1吨到10吨,比我们如今已知的所有元素都要高,而且高很多。

那么,白矮星内部的物质到底是什么状态呢?

内部的原子被彻底压扁,甚至连核外电子也成了自由电子,只不过基本上还能保持原子的状态。

白矮星依靠强大的电子简并压与引力对抗,不让白矮星物质继续向内坍缩。我们也可以把白矮星称为“电子简并态物质”。

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何为电子简并压呢?

泡利不相容原理告诉我们,两个或多个粒子不能处于完全相同的量子态,这就意味着电子之间存在着不相容的压差,表现出强大的斥力,阻止白矮星在引力作用下继续向内坍缩。

打个比方,假设你和我就是两个微观粒子,你就喜欢一个人待在房间里,于是当我试图进入你房间里,你就会使劲把我往外推,因为你和我是“不相容”的,而你的推力就相当于电子简并压。

但是,电子简并压并不是万能的,也不是无限的。当白矮星通过不断吞噬周围物体的方式,质量变得很大,来到大约1.44倍太阳质量这个极限临界值时,所谓的“钱德拉塞卡极限”,电子简并压也无法承受白矮星自身的重力,开始继续向内坍缩,最终导致超新星爆发,坍缩为一颗中子星。

中子星就相当于把所有电子都压碎到了原子核上,与质子结合,全部转化为中子。中子星就相当于一个超级大的“原子核”,密度非常高,每立方厘米可以达到10亿吨。

中子星依靠比电子简并压更强大的中子简并压来支撑自身重力的,但中子简并压也有一个极限,奥本海默极限,大约相当于3个太阳的质量。超过这个极限,中子星也会继续向内坍缩,最终坍缩为黑洞。

那么黑洞到底是由什么物质组成的呢?

或许不能再用“物质”来描述黑洞了,起码不是我们已知的普通物质,我们很难想象,什么物质竟然可以被压缩到无穷小的体积呢?

无穷小,是数学领域相当抽象的概念,在实际生活中是不存在的,我们看到的任何事物不管多大多小,都是具体的,都是可以描述的,而黑洞完全无法用具体的语言去描述。

人类已知的元素有118种,包括人造元素。最大的元素密度也只有每立方厘米22.8克,不要说与黑洞相比了,即便是白矮星的密度也完全吊打,白矮星密度可达每立方厘米10吨,两者完全不是一个数量级的。

著名科幻小说《三体》里面的一种奇异物质水滴,密度就相当大,与中子星密度相当。虽然现实中我们根本看不到这种物质,但仍旧在我们可认知可接受的范围内。

但黑洞中心的奇点物质,完全超出了我们的认知和理解范畴,说白了,甚至超出了四维时空的范畴,完全是超时空的东西,也难怪在我们看来奇点如此诡异。

也正因为黑洞奇点很可能属于超时空或者高维度的东西,科学家们才会对黑洞的研究如此执着,因为一旦揭开了黑洞奇点的神秘面纱,就意味着我们打开了通向超时空或者高维度的秘密通道!

完。