“问伊森黑洞有多密集”

在宇宙中拍摄大质量的物体，压缩到足够小的体积时，可以变换为黑洞。 质量弯曲空之间的结构。 如果在足够小空之间的区域内收集足够的质量，曲率会非常严重，也不会漏光。 不能使用的区域的边界被称为事情的范围，黑洞越重事情的范围越大。 但是，这对黑洞的密度意味着什么呢？ 这就是patreon的支持者chad marler想知道的事情，他问:

虽然我们读到恒星状黑洞的密度非常大，但如果我们认为黑洞的体积在事视界上描绘的空之间，那么超大质量黑洞的密度实际上比我们自己的黑洞要小得多。 发现黑洞表示最大的熵，可以压缩到所表现的[任意]空之间的区域[因此，当两个黑洞合并后，密度和熵会发生什么？

乍得马勒

这是个很深刻，但很有吸引力的问题。 如果探究答案，你会学到很多关于内部黑洞和外部黑洞的知识。

它与熵密度完全不同，一旦涉及黑洞，就会违背直觉。 长期以来，熵一直与物理学家讨论黑洞成为一个大问题。 不管制造黑洞的是什么，恒星、原子、正常物质、反物质、带电或中性或奇怪的粒子，黑洞只有三个特征非常重要。 的规则，黑洞可以具有质量、电荷和角动量。

一旦黑洞创建完毕，与黑洞组成部分相关的所有新闻(以及所有熵)将与我们注意到的黑洞的最终状态完全无关。 只有在这种情况下，所有黑洞的熵都为0，黑洞违反热力学第二定律。

同样，密度一般被视为给定空之间包含的质量(或能量)量。 关于黑洞，因为是决定黑洞事物视域大小的第一要因，所以质量/能量含量很容易理解。 因此，从黑洞实际发出光(或其他任何信号)的信号的最小距离由从黑洞中心到事件视界边缘的半径方向的距离定义。

这似乎为黑洞的体积提供了自然的尺度:这个体积由事视界的表面积包围空之间的量很明确。 这是因为，黑洞的密度是通过将黑洞的质量/能量除以在黑洞视界内部发现的球体(或球体)的体积而得到的。 至少，我知道怎么计算。

熵问题特别是对物理学构成了问题。 因为我们完全了解它本身。 如果能够使用物质(具有非零熵)在物质中形成黑洞(具有零熵)，就会破坏新闻，降低封闭系统的熵，违反热力学第二定律。 研究人员发现，落入黑洞的东西熵为零；两颗中子星碰撞形成黑洞，整个系统的能量骤降。 有点不对劲

但是，这只是用广义相对论计算黑洞熵的方法。 如果添加控制宇宙粒子和相互作用的量子规则，你会发现根据现有黑洞的质量制造黑洞，或者增加质量的粒子具有正值。

温度、

能源、

和熵。

因为熵永远不会降低。 因为黑洞毕竟必须具有有限的、非零的正熵。

每当量子粒子落入黑洞的现象视界时，此时就会具有多个固有的粒子特征。 这些属性包括角动量、电荷和质量，但也包括黑洞不在意的属性(极化、重子数、轻子数等)。

如果黑洞中心的特异性不依赖于这些属性，那么就必须存在其他可以保存该新闻的地方。 约翰·惠勒( john wheeler )是最先意识到在哪里可以进行编码的人。 在事情的范围本身的边界上。 代替零熵，黑洞的熵由可编码在事件视场本身中的新闻的量化比特(或qubit )数定义。

假设黑洞的视界表面积与其半径的平方成正比(因为质量和半径与黑洞成正比)，同时编码所需表面积的是普朗克长平方( 〜10-66m2 )，即使是很小的低质量黑洞的熵也很大。 要将黑洞的质量增加两倍，请将半径增加两倍。 这意味着表面积现在是以前值的4倍。

如果比较质量最低的黑洞(在3~5个太阳质量范围内的某个地方)和质量最高的黑洞(数百亿太阳的质量)，就会发现熵有很大的差异。 请记住，熵只是系统可能配置的量子态的数量。 对于一个太阳黑洞，其新闻代码在其表面熵约为1078kb (其中kb为玻尔兹曼常数)，质量更大的黑洞数量增加了( mbh/ m孙子) 2。 银河系中心的黑洞的熵约为1091kb，与此相对，m87中心的巨大质量星(事地平线望远镜拍摄的第一颗)的熵略大于1097kb。 黑洞的熵是可能存在于给定的特定空之间的区域中的最大熵量。

如您所见，黑洞越重，熵(与质量平方成比例)就越大。

但是，我们密集了，我们的期望都破灭了。 对于给定质量的黑洞，其半径与质量成比例，但体积与立方体的半径成比例。 地球质量的黑洞半径将在1厘米以下。 是一个黑洞，太阳的质量约为3公里半径。银河系中心黑洞半径约为107公里(约为太阳半径的10倍)。m87中心黑洞半径略大于10.10公里，约为半天。

也就是说，用黑洞的质量除以其所占体积计算密度，可知黑洞的密度( kg / m3单位)除以质量。

地球为2.10千克/毫米3，

太阳为2.10千克/毫米3，

银河系中心黑洞为1.106千克/毫米3，同时

m87的中央黑洞约为1 km / m3，

最后的值与地球表面的空气体密度大致相同。

那么，你相信我们会采用两个质量几乎相等的黑洞，激励和融合它们吗？

最终，黑洞的熵是每个初始黑洞的熵的四倍

最终，黑洞的密度会是每个初始黑洞密度的四分之一吗？

答案可能会令人惊讶，但分别是是和否。

关于熵，如果一个质量为m和熵s的黑洞与另一个质量为m和熵s的黑洞组合，虽然质量为2倍( 2m )，但是得到两倍的新黑洞确实是正确的。 将熵( 4s )完全乘以bekenstein-hawking方程的预测。 计算宇宙的熵是如何随时间变化的，从大爆炸到今天，其熵增加了约15位数( 000万分之一)。 这些额外的熵大部分是黑洞的形状。 即使是银河系的中心黑洞，其熵也是大爆炸之后整个宇宙的约1000倍。

但是，关于密度，用黑洞的质量除以事物视野内的体积是不公平和不准确的。 黑洞不是固体，而是均匀密度的对象，黑洞内部的物理定律与外部的物理定律没有区别。 唯一的区别是条件的强度和空之间的曲率。 这意味着坠落到视界边界以外的粒子将持续下落，直到不再下落。

虽然从黑洞外部只能看到事物视界的边界，但在宇宙中发现的最极端的条件发生在黑洞内部。 正如我们所知，在整个事情范围内陷入黑洞，意味着必须朝着黑洞的中心奇点前进。 这是不可能的命运。 如果黑洞不旋转，奇点就只是一小部分。 如果将所有质量压缩为一个零维点，当询问密度时，系统会询问有限值(质量)除以零会发生什么？

需要注意的话，数学上除以零是不好的。 你得到了不明确的答案。 幸运的是，不旋转的黑洞可能不是我们物理宇宙的。 我们逼真的黑洞在旋转。 这意味着内部结构多，干扰多。 我们得到的不是球形事物的视界，而是沿其旋转平面长长延伸的球形。 代替点状(零维)的特性，得到了与角动量(和角动量质量比)成比例的环状(一维)的特性。

但最感兴趣的是，在检查旋转黑洞的物理特征时，发现事物视界没有一个处理方案，但可能有内视界和外视界两种处理方案。 外部视界在物理上被称为事件视界，也是使用事件视界望远镜等望远镜发现的。 但是，如果我们正确理解物理学，内部视界实际上就无法接近。 落入黑洞的物体在接近这个空之间的区域时，物理定律就会破裂。

黑洞的所有质量，电荷和角动量都包含在一个区域中，即使倒下的注意者也无法进入，但该区域的大小会随着角动量的大小而变化，变化到某个最大值(用百分比表示)的质量。 因为我们注意到的黑洞与接近最大值的角动量非常一致，即使我们无法进入的体积比事情的范围小，它也会急剧增加(用质量平方表示)，期待着越来越大的黑洞。 如果环的质量动量和角动量之比一定，环的特异性也将与质量成正比增加。

但这里没有矛盾，只不过是违背直觉的行为。 说明了如果不去除很多多余的熵，黑洞就有可能无法分成两部分。 对黑洞采用密度等量，意味着我们必须注意，仅仅将其质量除以事视界的体积，是不负责任的。 如果不想计算的话，说明了对于低质量黑洞来说，事视界下的空间的曲率是巨大的，对于优质黑洞来说几乎看不到。 不旋转的黑洞密度无限，但旋转的黑洞质量呈环状分散，转速和总质量决定黑洞的线密度。

对我们来说，遗憾的是，不能用实验或注意来测试。 我们也许能计算出来——有助于可视化——理论上期待黑洞内发生的事件，但无法得到观测证据。

可以找到离引力波探测器最近的，如ligo、处女座、kagra等，测量两个集成黑洞的振铃衰减(即随后的物理学)。 有助于核实或反驳黑洞内部当前最佳理解的细节。 迄今为止，一切都完全符合爱因斯坦的预言，也完全符合理论家的期望。

关于两个黑洞合并时会发生什么，关于我们理解的密度和熵等的量，也还有很多需要理解的地方。 随着更好的数据流入和近期数据的改善，现在正是将我们的假设用于最终实验测试的时候！