本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

黑洞的密度是无限大吗？还是我们并不知道答案，只是根据相关公式得出的一个结果？

让我告诉你一个秘密：

那些描述黑洞解的基础方程式都是基于“真空”状态下的广义相对论所产生方程式，包括史瓦西黑洞解。没错，就是真空状态下。在真空状态下，将没有任何其他物质，任何地方的密度都是零。史瓦西解是爱因斯坦引力场方程最简单的、球对称的静态真空解。

那么，我们为什么一直讨论黑洞的质量呢？这些在真空状态下的解是奇异的：这意味着时空的曲率（这才是我们真正要求的解）在某些点上是无穷大的。实际上这些点并不是所求解的一部分，就像x=0所处的点不是函数y=1/x解的一部分一样。不过，这些“缺失”的点可以参数化，在史瓦西解的情况下，该参数起着相当于质量的作用。然而，在我们宇宙中任何一点上，用这些公式求出的解并不代表物质的密度，除了解等于0的时候。

那么这个奇点是什么呢？好吧，我们强烈怀疑它是非物质的存在。当我们接近奇点时，引力场变得非常强大。在这样的强度下，引力的量子效应无法被忽略。但是我们没有一个通用的引力的量子效应理论。因此，我们不知道这个奇点具体情况。但我们几乎可以肯定的是，它的密度不再是无穷大，而且很可能，这个奇点也不是真正的奇点，只是我们无法证实。

总而言之，当我们观察一个实际的天体黑洞时，情况是完全不同的。

从外面看，所有这些关于黑洞的现象：奇点或是事件视界，都将永存。所以别在搭理这些奇点了，不管你等多久，一万亿年还是一千亿年，都不会出现事件视界，也不会有任何东西可以穿过它。我相信这就是物理学家约翰惠勒称黑洞为“冰冻的恒星”的原因，当然这个名称同时也被用于俄罗斯文学。

所以在任何地方都不存在无限大的密度，只有（从我们的角度来看）还没有形成黑洞、速度无限慢的物质罢了。再加上我们对霍金辐射的了解，黑洞可能永远不会形成。所以作为物理对象，兴许我们永远不需要关心奇点和事件视界。

不过这也说不准。

而且还有很多物理现象等待我们去发现与研究。

你说的没错，黑洞的密度只是数学上的解“无限”，绝对不是真正的“无限”。

为什么不是呢？这是一个很值得探讨的问题。

因为在我们所观测到的黑洞中，存在相当于10个太阳质量大小的黑洞，同时我们可以在银河系附近或中心看到超大质量的黑洞（我们不能真正地“看到”它，但我们可以观测到它对附近恒星的影响），大约有3亿倍太阳质量，拥有更大的引力。

这样就出现了一个值得我们怀疑的情况：这两个黑洞都拥有“无限”引力但它们的引力并不相等。因此黑洞自身不遵循引力随距离增加而递减的反比定律。

但黑洞对它附近物体的却遵循了引力定律，包括其引力效应随距离增加而减小的反比定律。

所以认为黑洞中没有奇点是更有说服力的说法。但是在中子星以外的第三种简并物质状态下，黑洞中心的核心质量可能等同于5个被压缩到5个原子大小的太阳质量（任意比例），一个拥有3亿倍太阳质量的超大质量黑洞的核心可能有3亿个原子大小（任意比例），但它们的大小不会是“0”，因此引力不是“无限”的。

但是，斯蒂芬霍金和部分其他学者的理论认为，黑洞中是确实存在东西和“信息”的，我个人认为黑洞内部的中心核心质量的确不是虚无的，它占据了三维空间。而所有可观测到的引力对时空的影响是存在的。

有人认为，每个黑洞的中心都有一个“奇点”，“无限”引力场随着超大质量黑洞的变大而变大，事件视界也在变大。

我同意在超大质量黑洞的作用下，事件视界会变大，但在“无限”引力的作用下，我们将失去霍金辐射。

所以，你无法做到两全其美。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

translate: X-inG

author:quora

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处