Što masa crne rupe mora biti da bi njezina masa podijeljena s volumenom bila jednaka gustoći vode (1g / cm? 3)?

Što masa crne rupe mora biti da bi njezina masa podijeljena s volumenom bila jednaka gustoći vode (1g / cm? 3)?
Anonim

Odgovor:

# ~ 7 xx 10 ^ 21 # solarne mase

Obrazloženje:

Najjednostavnije, crna rupa se može smatrati srušenom zvijezdom, gdje se sva masa koncentrira u jednu točku u prostoru, singularnost. Budući da je to točka, nema volumena. Gustoća singularnosti je dakle beskonačna bez obzira na masu.

# "gustoća" = "masa" / "volumen" = "masa" / 0 = oo #

S tim u vezi, crne rupe imaju horizont događaja, gdje je svjetlost "zarobljena" crnom rupom.Ako ovaj horizont događaja tretiramo kao sferičnu granicu za crnu rupu, tada možemo upotrijebiti njezin volumen za naš izračun gustoće umjesto singularnosti. U stvari, izračunavamo "prosječnu" gustoću unutar horizonta događaja. Polumjer horizonta događaja, koji se naziva Schwarzschildov Radius, može se pronaći pomoću sljedećeg;

#R = (2MG) / c ^ 2 #

Gdje # M # je masa singularnosti, # G # je koeficijent gravitacije i # C # je brzina svjetlosti u vakuumu. Volumen našeg sfernog horizonta događaja je stoga;

#V = pi R ^ 2 = 4pi (MG) ^ 2 / c ^ 4 #

Naša gustoća s gornje strane sada je mnogo zanimljivija.

#rho = c ^ 4 / (4piMG ^ 2) #

Ili, uz malo preraspodjele, #M = c ^ 4 / (4pi G ^ 2) #

Uključivanje konstanti i gustoće vode, #rho = 1 "g / cm" ^ 2 #, možemo riješiti za našu masu.

#M = (3xx10 ^ 10 "cm / s") ^ 4 / (4 pi (1 "g / cm" ^ 2) (6,67 xx 10 ^ -8 "cm" ^ 3 "/ g / s" ^ 2) ^ 2) = 1,45 xx 10 ^ 55 g #

U više smislene pojmove to je ekvivalentno # ~ 7 xx 10 ^ 21 # Sunčeve mase, u rasponu zvjezdanih crnih rupa. Želio bih ponoviti da je to prosječna gustoća za crnu rupu i ne odražava nužno stvarnu raspodjelu materije unutar horizonta događaja. Tipično liječenje crnih rupa učinkovito stavlja svu masu u beskonačno gustu singularnost.