题目

黑洞到底有多大?它的密度比中子星大吗?

提问时间：2020-08-03

答案

我们至少有两种方法描述某物体有多大.我们可以说它有多少质量,或者我们可以说它占据多少空间.让我们先讨论黑洞的质量.
理论上,黑洞的质量并没有多大或多小的限制.任何大小的质量如果被压缩到足够高的密度,在理论上都有可能形成黑洞.我们认为大多数实际存在的黑洞是有大质量的恒星死亡后产生的,所以我们认为那些黑洞和那些大质量的恒星一样重.一个恒星级黑洞的典型质量差不多是太阳的十倍,或者说是10^(30)千克.天文学家们也认为许多星系的中心都有质量巨大的黑洞.它们的质量大约是太阳的一百万倍,或者说是10^(36)千克.
黑洞的质量越大,它占据的空间就越大.实际上,史瓦西半径（即是视界的半径）和质量直接成正比：如果一个黑洞是另一个的十倍重,它的半径也是那个的十倍.一个质量和太阳一样的黑洞的半径是三公里.典型的黑洞的质量是太阳的十倍,它们的半径就是三十公里.而在星系中心的黑洞的质量是太阳的一百万倍,它们的半径将是三百万公里.三百万公里听起来好象是很长的距离,但在天文学的标准下其实并不很长.例如,太阳就大约有70万公里的半径,而那些超级质量的黑洞的半径大约只有太阳的四倍.
黑洞能有多大?
黑洞没有最大的限制.不过,我们想象中的最大的黑洞位于许多的星系中心,有大约一百万太阳的质量.它的半径大约只有我们太阳系这么大.
黑洞能有多小?
根据广义相对论（那个理论预言并解释了黑洞的大部分特性）,黑洞的尺寸没有小的限制.但是,但是关于引力如何作用的整套理论必须包括量子力学.这个理论还在被完成中.关于这个理论的一些最新的研究给我们一些关于黑洞能有多小的暗示.它的半径不能小于10-33cm～10-38cm.一个那么小的尺寸,即使十分平滑的空间也将破裂成“老鼠夹子”隧道,环路和其它网状结构!至少,我们目前的研究表明是这样.