黑洞的密度极限是多少？

黑洞的密度极限是多少？（清风）

（清风科普于2020年12月15日）

巳知地球半径是6371.393公里，平均密度是5.5克/cm³。但水的密度是1克/cm³，铁的密度是7.874克/cm³。地球物质最高组织形式是分子结构，而最庞大最复杂的分子空间结构应该是生命物质：核酸和蛋白质。

根据黑洞的史瓦西半径公式Rs = 2GM/c²

（Rs天体半径，G万有引力常数，M天体质量，c光速），不难计算出：

01. 如果把地球压缩成白矮星，其半径约为15公里。地球所有物质的分子空间结构（如核酸和蛋白质），其3D大厦顷刻土崩瓦解，压缩简拼成基本原子。但仍然能够保持原子空间结构，来抗衡引力进一步坍缩。

白矮星平均密度约为850公斤/cm³。氢原子直径约为10^-10米。是不是原子量越大的物质，外层电子数越多，原子直径也越大？事实恰好相反，锂原子直径>铝原子直径。因为铝原子核的质子和中子数，远多于锂原子核的质子和中子数，核力更加强大，把外层众多电子吸引并压缩到更小的空间范围内，高速旋转，自由运动。

02. 如果把地球压缩成中子星，其半径约为15米。地球物质的原子结构（如氢原子和铁原子），其空间结构将崩溃解体，电子被压缩到原子核中，与质子简拼形成中子，但仍然能够保持中子结构完整，来抗衡引力进一步坍缩。

一个中子星相当于一个庞大的原子核。也就是说，半径为6371公里的地球，全等于半径为15米的原子核。氢原子核的直径是10^-15米（m）。中子星密度约为8000万～20亿吨/cm³。

03. 如果把地球压缩成夸克星，其半径约为15厘米。地球物质的中子结构崩溃解体，碾压粉碎成基本粒子（如夸克-胶子汤），来抗衡引力进一步坍缩。夸克的直径约为10^-18米。

请问夸克星密度是多少？

①夸克星体积公式：

V=4/3πR³

=4÷3×3.14159x15³

=14137.155（cm³）

②地球质量：

m=5.965×10^24公斤

=5.965×10^21吨

③夸克星密度公式：

ρ=m/V

=5.965×10^21吨÷14137.155cm³

=4.219377×10^17吨/cm³

≈42亿亿吨/cm³（cm³读作立方厘米）

04. 如果把地球压缩成黑洞，其史瓦西半径Rs约为14毫米。地球物质的全部基本粒子（如夸克-胶子汤），将被碾压粉碎成更小基本单位叫能量子（简称量子h）。全部量子被挤压到更小的空间范围之内。地球物质结构完全解体，以极高能量形式，贮存在黑洞的奇点里。地球黑洞的奇点半径R必须小于地球黑洞的史瓦西半径Rs=14毫米。通过计算不难得出地球黑洞密度ρ≥1.3256×10^24公斤/cm³，即地球黑洞密度至少为1.3万亿亿吨/cm³↑。

黑洞的奇点，不仅不允许α和β放射线通过弱相互作用释放出来，也不允许电子以电磁波形式发射出去，甚至光线也只进不出，难逃被囚禁的命运。

但黑洞特许伽玛（γ）射线自由进出，所以黑洞奇点会喷射出壮丽奇观的 “伽玛射线暴”。通过霍金黑洞辐射公式可以计算出来 。假设一个黑洞质量为100万吨，其寿命只有10年，便蒸发殆尽了！不过黑洞越大，伽玛射线暴越弱，最后连伽玛射线也被黑洞奇点囚禁了，再也甭想出来了！

例如银河系中心有个430万个太阳质量的超大级别黑洞，中国天文学家观测发现这黑洞伽玛射线暴极弱极弱，没有非常精密的科学仪器，根本就检测不出伽玛射线暴的存在。也正是因为伽玛射线暴的喷发，有力地反证了这里存在着黑洞。所以伽玛射线暴是黑洞向宇宙发出怒吼的特殊语言。

05. 如果把直径12万光年的银河系压缩成黑洞，则银河系史瓦西半径Rs=5400公里。其奇点体积应该比夸克的体积还要小，其密度应该是等于或大于10^49个量子/cm³。

说明：银河系级别的黑洞奇点，物质已经完全解体，即只有能量，没有物质。所以密度表达单位不再用“几吨/cm³”，而改用“几个量子/cm³”。

06. 如果把直径930亿光年的物质宇宙压缩成黑洞，这宇宙级别的黑洞，其质量M是多少呢？计算如下：

M≥2万亿个银河系质量

≥（2x10^12）x4千亿个太阳质量

≥（2x10^12）x（4x10^11）x1个太阳质量

≥（2x10^12）x（4x10^11）x（1.9891×10^30kg）

≥1.6x10^54kg（公斤）

其史瓦西半径Rs：

Rs=2GM/c²

=2x6.67259×10^-11N·m²/kg²×1.6x10^54kg

÷（3x10^8m）²

=2.3724764444×10^27m（米）

=0.2507928×10^12光年

≈2508亿光年

分析：1光年=9.46×10^15米（m）。宇宙大爆炸发生于138.2亿年前，而宇宙膨胀半径已经达到R=465亿光年，但仍然远远小于宇宙级黑洞史瓦西视界半径Rs=2508亿光年。这些数据可以说明两点问题：①光的逃逸速度，永远也追不上宇宙的膨胀速度。②就按目前宇宙膨胀速度继续跑下去，还得膨胀1500亿年后，才能免强到达宇宙级黑洞的史瓦西视界的边缘线上。

在宇宙边际的视界外面，是否存在着更加壮丽的奇景？或许比我们想象中的天堂天国还要绚丽多彩也说不定！或许在我们宇宙的边际外面，存在着一个“反物质宇宙”，而且这反物质宇宙与我们的物质宇宙是一对孪生姐妹，镜像关系。我们的物质宇宙，宇称是不守恒的；如果与反物质宇宙组合，宇称变守恒了，答案非常完美。

然而，宇宙黑洞奇点密度无穷大，体积无限小。其奇点体积小至普朗克尺度1.6x10^-35米。其奇点密度高达10^62个量子/cm³。其奇点温度高达普朗克温度上限：

T=1.416833(85) × 10^32K。

而这普朗克极限温度，又恰恰是宇宙大爆炸做为充分必要条件的临界温度。如果不能达到这个临界温度，宇宙奇点，永远也只是奇点而已，不可能发生大爆炸。氢弹爆炸也需要1亿度高温做为充分必要条件的临界温度，如果没有这个1亿度高温做为临界点，氢弹只能当燃料，与氧气化合燃烧，永远也不可能发生核爆炸。

网络科普作家淡漠乾坤说：“我们的宇宙在大爆炸之初，其内部只有量子，是量子的等离子体。因此，黑洞密度的上限也是宇宙的密度的最大值。宇宙、黑洞和基本粒子都是由作为最小粒子的量子构成的，都是能量的耗散结构，它们属于同一层次的物质。” 淡漠乾坤的表达十分精辟，恰到好处，令清风万分欣佩和欣赏。

淡漠乾坤在这里没有说m理论中的 “弦子” 是宇宙的基本单位，没有说 “上帝粒子”（希格斯玻粒子）是宇宙的基本单位，没有说 “氢原子” 是宇宙的基本单位。。。

用 “量子” 作为宇宙基本单位，一通百通，一切问题都将迎刃而解。原来许多没有上限或下限的通识，都变成有极限了。例如物质可分割的最小尺度是普朗克长度L=1.6x10^-35m。超高温有上限是普朗克温度T=1.416833(85) × 10^32K，超低温有下限是绝对零度，T= -273.15℃。密度有上限是普朗克密度ρ=10^62个量子/cm³。宇宙大爆炸的起始时间是10^-43秒，进而推算出宇宙诞生后的年龄是138.2亿年。

宇宙的奇点，时间凝固为0，空间缩小为0，物质结构解体，物理定律崩溃，化学定律乌有，只剩能量，以量子形式存在。温度慢慢升至极限临界点，然后引发宇宙大爆炸。一切都是那么的神奇，仿佛是上帝刻意安排的，却又不违背自然基本法则。

宇宙大爆炸理论，是解释当今宇宙还在继续膨胀的最优质答案！谁想推翻宇宙大爆炸理论的第二个爱因斯坦还没有诞生。清风有理由认为再过一千年，即到了3020年，推翻宇宙大爆炸的第二个爱因斯坦，不知能否降生于人世间还是个问题？！纵观自然科学发展史，从托勒密“地心说”，到哥白尼“日心说”，人类在黑暗中整整探索了1300年。从宇宙大爆炸创立到推翻，可能又要一千年。