为何说黑洞奇点密度极大且体积极小？科学家：我们同样束手无策

我要新鲜事2023-07-02 20:46:350阅

黑洞是宇宙中最神秘也是最吸引人的存在之一，黑洞的理论来源可以追溯到上个世纪初，当时爱因斯坦发明了广义相对论，一种解释引力现象的新理论。广义相对论提出的一个概念是黑洞，是指在一定的条件下物质塌缩到一定的大小，引力逐渐增大，最终成为一种特殊的天体。在黑洞内，空间产生极度的弯曲，所有物质都面临被湮灭的命运。虽然黑洞可以被视作一种理论预测，但是它们的存在和性质仍然是人类科学探索的难题，黑洞的奇点就是其中最神秘的一部分。

天体坍缩与“简并压”

物质内在的压强会抵消自身的重力，规模较小的星体例如地球就能够平衡自身的质量，使其保持稳定的状态。但是对于规模较大的物体，自身的重力就过于强大了，无法被内部压强抵消。因此，天体的质量越大，它的自重力就越强，最终会导致天体向内坍缩，且坍缩速度越来越快。坍缩得越多，天体的核密度也越大，核子内部当地的物理条件越来越极端，使得天体重力持续增强。在最后，如果没有任何力量来阻止它的坍缩，它将变为空间中的一点，密度和温度趋向无穷大，而体积趋向无穷小，这个点就是奇点。那么问题来了，当天体的坍缩产生的压缩力还不足以平衡重力时，究竟还有什么力量来阻止它的坍缩呢？

实际上，当天体体积缩小到一定程序时，这个天体内部的物质会变得异常的紧密，几乎所有的电子将不再是自由的，而是被原子核束缚住，形成了诸如白矮星、中子星等高密度物体。此时，只有简单的“压力”已经不再适用了。替代方法是将真空绝对的禁闭性，这样就能保证其他粒子不再向其内部渗透。微观层面上，只有简并压力属于合适的机制。简并压是一种量子效应，它是由于粒子在密度很高的情况下的量子交换相互作用而产生的，排斥两个具有相同自旋的费米粒子，例如中子、电子等。这个力量可以理解为是由粒子运行物理学上的量子限制产生的，同一物理状态下仅允许一个粒子存在，从而防止物质向坍缩体的中心丢失体积。在一个恒星的演化中，“不同种类的简并压”会阻止核心物质向这样的奇点坍缩。此外，简并压的存在存在极限，当天体的质量达到一定数量级时，对应的极限将被引力打破，因此坍缩将是无法避免的。

奇点：密度无穷，体积无限小的重力极点

当黑洞的重力超过其表面“事件视界”的抵抗时，任何事物都无法逃脱黑洞。黑洞表面呈球形，而这个球的体积是由质量决定的。黑洞对于外界的物质表现出很强的引力，因为它有一个质量比银河系所有物质还要大的“质量核心”。对于一个在黑洞表面被“吸入”的粒子而言，在它穿过黑洞的“事件视界”之后，所有关于它的信息都会消失。从这一点来看，黑洞是宇宙中最神秘也是最独特的存在其中之一。只要事物一旦进入黑洞的范围，那么对于这个事物来讲，过去、现在和未来都不存在了，因为这些概念是基于时空的存在的，而黑洞的存在使得直接探寻其内部变成了一道难以逾越的壁垒。黑洞是预测物理学模型的一部分，而不是直接可见的事物。虽然已经有许多间接证据表明黑洞的存在，例如测量恒星正确位置的引力场，但我们仍然无法真正观测到黑洞的形态。

奇点就是黑洞中心位置所在的点，其身体积趋向无穷小，密度趋向无限大。根据现有的理论，黑洞的包含的所有物质都被挤压到了理论物理学上的无限大点中。面对这样一个神秘的现象，科学家自然而然地深入研究其中的力（引力）作用，这种力在黑洞中显得特别的强大和奥妙，它几乎是一种能灭亡万物的邪恶力量。黑洞中非常特殊的力（引力）作用，使得我们很难用我们目前的知识来描述它。对于黑洞中的奇点，我们与其面对手足无措的尴尬境地，也许应该找寻新的关于物理的认知模式，以便发现黑洞中的一些科学奥秘。

未来探索：科学家的研究方向

黑洞这个天体的奥秘激发着天文学家和物理学家的好奇心和研究热情。现在，科学家们正在通过各种途径来探索黑洞的内部结构，也正在寻求一种新的理论来描述奇点附近的物理现象。在未来，我们可以期待更加先进的技术来提高我们对黑洞的探测能力，例如通过探测引力波或者使用更大型的望远镜来研究周围的物质。这将有助于我们更好地理解黑洞的性质和奇点的本质。