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宇宙中的黑洞是一个奇葩的存在，但是黑洞也是一种天体，和恒星行星一样有它的质量，那么黑洞中物质的密度有多大呢？这其实是一个很不好回答的问题，不好回答并不是说它不好计算，而是说它并没有一个统一的标准，因为黑洞中物质的密度计算结果会有大有小，差别极大。 首先必须说一句，黑洞是不具有平均密度的，因为黑洞里面的物质或者说能量的分布是不可能平均的，就好像我们的地球，它的最外层是大气层，其密度当然不能和水和地表相比，然而地表物质的密度也不能和地幔相比，地幔也不能和地核相比。通常天体内部的物质密度要比外面的物质密度大一些，比如中子星，中子星表面的物质密度大概是每立方厘米一亿吨，然而在中子星的内部，密度可能达到了每立方厘米一百亿吨，所以黑洞很可能也是不一样的，很多科学家认为黑洞内部有一个奇点，那个起点才是黑洞中物质和能量的聚集之地，会占有整个黑洞质量的绝大部分，所以在黑洞的视界内部，其密度是不可能平均的。 但我们可以这么理解，就是把黑洞的质量除以黑洞的视界体积，就可以得出黑洞的平均密度。不过黑洞的平均密度也并不是固定的，通常是越小的黑洞密度越大，越大的黑洞密度越小，而且差别极大。关于黑洞的质量和体积的关系，有一个公式可以计算，这个公式就是史瓦西半径公式，公式为R=2GM/c²，其中M是黑洞的质量，G是引力常数，c是光速。因此，黑洞视界内的体积就是V=4πR³/3=32πG³M³/3c^6，而平均密度ρ=M/V=3c^6/32πG³M² 根据这个公式，只要是知道黑洞的史瓦西半径就可以知道黑洞的质量，而如果知道黑洞的质量则可以计算出黑洞的史瓦西半径，那么有了半径就能算出黑洞这个球体的体积，有了体积和质量就能计算黑洞的密度了。 但是，从这个公式中也能看出，黑洞的平均密度和黑洞的质量成反比。 我们根据史瓦西半径公式计算地球变成黑洞的大小，其史瓦西半径还不到1厘米，即0.88毫米，也就是说地球如果变成黑洞的话，其视界体积大概只是直径不到两厘米的一个小球，地球的质量为59720亿亿吨，这样计算的话，直径一厘米的黑洞质量可以达到4万亿亿吨左右。 而如果太阳变成黑洞的话，其视界体积会达到直径六公里，这明显和地球变成黑洞是不成比例的，但是结果如此。对于质量为10倍太阳质量的黑洞，平均密度大约是每立方厘米2亿吨，基本上就是原子核的密度，也就是中子星的密度（核心部位或达百亿吨），所以比太阳大10到20倍的恒星，经历超新星爆发之后都会变成中子星。 银河系中心黑洞的质量大概是400万个太阳，但是黑洞的直径达到了4000万公里左右，这样算下来密度反倒没那么高了，每立方厘米大概为一公斤，是水的一千倍。 宇宙中有一种被称为类星体的天体，中心的黑洞非常巨大，个别甚至超过一百亿倍太阳质量，有一些大型星系中心的黑洞质量也和这样的黑洞差不多，这些质量大到100亿倍太阳质量的黑洞，计算后的平均密度就是每立方厘米0.2毫克，比我们地球上的空气还轻的多。 而如果把整个宇宙中的物质换算成黑洞的话，物质的密度则更加的稀薄，比我们所谓的真空还要空。每立方米仅有一个氢原子而已。 如果计算整个宇宙的质量换算成黑洞的体积，则会发现另一种奇怪的现象，就是这个黑洞比现在的宇宙还要大的多，宇宙变成黑洞之后的规模远在千亿光年之上，我们现在的宇宙的体积据计算大概是460亿光年，所以这也让我们不得不去怀疑我们正在膨胀中的宇宙是不是处在一个奇点爆炸后的巨型黑洞之中。 |
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