說到黑洞,“恆星”、“坍縮”這些詞彙馬上就會映入我們的眼簾。

天文學家認爲大多數的黑洞並不是一開始就存在於宇宙之中的,而是質量足夠大的恆星燃料耗盡之後,通過超新星爆發最終坍縮而成的一種擁有無限密度的神祕天體。所以,黑洞的大小是有下限的,因爲像太陽這種級別的恆星是無法坍縮成爲黑洞的,它只能只能先變爲紅巨星,再變爲白矮星,最終經過上百億年的冷卻而成爲一顆冰冷的黑矮星。要想坍縮成黑洞,那麼至少要擁有30倍以上的太陽質量的巨大恆星才辦得到。不過科學家認爲宇宙中也可能存在着一些體積較小的原生黑洞。

因爲黑洞的引力極爲強大,所以只要進入到黑洞的一定範圍之內,包括光在內的任何物質都無法逃逸而出,所以在這個範圍之內的世界是完全不可見的,我們也將這條界限稱之爲黑洞的視界。

並不是說視界之內的部分就是黑洞的實體,而是說這個範圍之內任何物質都無法擺脫黑洞的引力束縛。至於黑洞的實體到底有多大,並沒有人知道,也沒有任何手段可以進行觀測,因爲視界之內什麼也看不到。通常認爲,黑洞的實體不過只是一個奇點,體積無限小,而密度無限大,因爲在黑洞的視界範圍之內沒有任何力量可以阻止物質無限坍縮下去。

雖然所有黑洞的中心可能都是一個奇點,但每一個黑洞的視界大小並不相同,因爲這取決於坍縮爲黑洞的恆星質量。

關於黑洞的視界大小有一個計算公式,被稱之爲史瓦西半徑公式,該公式只需要用到天體的逃逸速度、萬有引力常數以及天體質量,便可以計算出天體質心與被吸引物質質心的距離,這個距離就是史瓦西半徑,也可以稱爲黑洞的視界。從這個公式,我們可以糾正我們一直以來對黑洞的一種誤會。很多人都認爲,恆星經過坍縮之後,體積會急劇縮小,所以黑洞的體積一定要比原有的恆星體積小得多。當然,這裏所說的黑洞體積指的都是黑洞的視界大小。

其實,這是不一定的。

以地球和太陽爲例吧。在現實之中,地球和太陽的質量都太小了,是無法坍縮成爲黑洞的,但爲了便於講解,讓我們忽略這一問題。通過史瓦西半徑公式計算所得,如果地球坍縮成爲一個黑洞,那麼其史瓦西半徑大約爲0.9釐米,這真是一個小球,還不足一釐米。那如果是太陽呢?我們知道,太陽的質量可是地球的33萬倍,如此說來,太陽變爲黑洞後的史瓦西半徑就可以達到3000米以上了。我們可以發現,在星體坍縮爲黑洞的過程中,質量越大的星體的體積增長比例越大,這是由史瓦西半徑公式的計算方式所決定的。

按照這種計算方式來看,並不是所有的星體在坍縮之後,體積都會變小,只要星體的質量達到一定的程度,變爲黑洞後體積非但不會縮小,反而還會增大。

的確如此,讓我們進行一個大膽的設想,如果整個宇宙發生坍縮,坍縮成爲一個巨大的黑洞,那麼會有多大呢?我們不知道宇宙有多大,所以只能以可觀測宇宙的物質質量進行預估計算。可觀測宇宙的半徑大約爲466億光年,而如果這個宇宙坍縮成爲黑洞,那麼它的半徑足足超過了1000光年,也就是說比宇宙原本的體積還大。當然,這說的只是這個巨大黑洞的史瓦西半徑,而在黑洞的中心,仍然只有一個點,奇點。

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