為何說黑洞的奇點體積無窮小、密度無窮大?科學家:我們也很無奈

提到黑洞,相信大家第一時間想到的就是它們能夠吞噬一切的強大引力,可以說任何被黑洞吞噬掉的物質,都不可能從黑洞內部逃逸出去,甚至連光也不例外。實際上,除了強得離譜的引力之外,黑洞還有一個令人很難想象的地方,那就是位于黑洞的中心位置的奇點。

從理論上來講,黑洞的奇點體積無窮小、密度無限大,為何這麼說呢?對于這個問題,科學家給出的解釋其實可以簡單地概括為:我們也很無奈啊。下面我們就來了解一下。

宇宙中所有的天體,都會因為自身的重力而具備向內坍縮的趨勢,在這種情況下,天體想要維持一個穩定的體積,其內部就必須要有一種力來抵擋自身重力的「壓縮」。

由于重力其實就是引力的一種表現,而引力的大小則與質量成正比,因此對于那些質量較小的天體而言,其自身的重力就比較小,所以它們僅憑物質間的電磁力,就可以抵擋住重力的「壓縮」,比如說我們的地球就是屬于這種情況。

另一方面來講,引力是一種長程力,并且只有「吸引力」而沒有「排斥力」,所以引力是可以無限疊加的,隨著天體的質量的增加,其自身的重力也就會越來越大,當達到一定程度的時候,物質間的電磁力就不足以抵擋重力,于是天體就會坍縮。

一個天體的坍縮會導致其體積不斷減小,其核心的溫度和壓強就會因此而持續升高,因為氫是宇宙中豐度最高的元素,所以宇宙中那些大質量天體的核心,幾乎總是存在著大量的氫元素,當天體核心的溫度和壓強足夠高的時候,就會發生氫核聚變反應,其產生的能量就可以阻止天體進一步坍縮。

實際上,宇宙中所有處于主序星階段的恒星都是依靠內部的核聚變來抵擋重力的,對于那些大質量恒星來講,當它們核心的氫元素消耗殆盡之后,還會啟動一輪又一輪的更重元素的核聚變,如氦、碳、氧、氖、鎂、硅等等。

然而能參與核聚變的「燃料」終究是有限的,在「燃料」耗盡之后,天體就失去了抵擋重力的力量,于是天體會因為重力的「壓縮」而坍縮,在此之后,有一種被稱為「簡并壓」的力量又會充當抵擋重力的「角色」。

簡單來講,「簡并壓」就是指微觀粒子之間的排它性,它們不允許其他同類型的微觀粒子占據自身的空間,比如說宇宙中的白矮星就是通過「電子簡并壓」來抵抗自身的重力,而中子星則是通過「中子簡并壓」來抵抗自身的重力,科學家猜測,宇宙中可能還存在著一種「夸克星」,它們能夠憑借「夸克簡并壓」來維持自身的體積。

但「簡并壓」的力量也不是無限大,而引力卻是可以無限地疊加的,這就意味著,如果天體的質量足夠大,其身的重力仍然可以碾壓「簡并壓」,那宇宙中還有什麼力量可以抵擋如此強大的重力呢?很遺憾,根據我們人類目前的認知,在這種情況下,宇宙中就再也沒有任何力量能夠抵擋重力了。

于是科學家只能無奈地認為,當一個天體的內部沒有任何力量能夠抵擋其自身重力的時候,這個天體就會被重力無限地「壓縮」,進而形成一個體積無限小,密度無限大的「點」。

根據廣義相對論,這樣的「點」會將附近的空間扭曲到極致,從而形成一個封閉的球體空間,任何進入了這個球體空間的物質,都無法逃逸出去。是的,這種球體空間其實就是所謂的黑洞,而這個「點」其實就是位于黑洞中心位置的奇點,這種球體空間的表面其實就是黑洞的「事件視界」,黑洞的質量越大,其覆蓋的范圍也就越大。

總而言之,之所以說黑洞的奇點體積無窮小、密度無窮大,其實是一種無奈的推測,實際情況到底是不是這樣,現在的我們根本無法去進行驗證。

如果在遙遠的未來,科學家們真的洞悉了黑洞內部的秘密,那宇宙的起源之謎或許就可以揭開,因為根據「大爆炸宇宙論」,我們所處的宇宙,也是誕生于一個體積無窮小、密度無窮大的奇點。

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