密度有极限吗？

密度有极限吗？

最近看到好多关于黑洞的问题，很多人都对黑洞有这样描述：黑洞的体积无限小，密度无限大。而现在这个问题问到了物质的密度的极限，很自然的就与人类目前间接看到的极端天体--黑洞有关。

黑洞之所以被称为黑洞，是因为这种天体非常致密，引力非常强大，强大到连光都无法逃脱其引力范围（更准确的说法是光在其事件视界内无法逃脱），实际上所有的天体都有其事件视界，这个范围也叫做史瓦西半径，只不过一般的天体的史瓦西半径小于实体半径，而黑洞的史瓦西半径却大于实体半径。

关于黑洞的形成原因，目前来说可能会是三种途径，一种是大质量恒星在灭亡的时候，由于引力坍塌直接形成；一种通过中子星形成，比如中子星的引力就非常强大，不断吸收周围的物质，当其质量超过奥本海默极限时也会引起进一步的引力坍塌形成黑洞。或者两颗中子星合并直接形成黑洞；最后还有一种黑洞的形成原因，就是原生黑洞（或太初黑洞）是由于宇宙大爆炸时的碎片直接形成的，当然这一种目前也只是猜测而已，因为科学家们发现了一些质量非常巨大的黑洞，按前两种方式形成后，通过不断的吸积达到这样的质量所用的时间会超过137亿年，所以产生了这种黑洞形成原因的猜测。

上面大致说了一下黑洞有关的问题，现在回到问题本身来，物质的密度极限问题。因为我们目前能够想到的最致密的天体就是黑洞，所以黑洞内部（事件视界以内）的密度也就有可能是本题的答案了，那么黑洞的密度存在极限吗？黑洞内部真的只有一个奇点吗？

已经有认根据黑洞的史瓦西半径和质量计算了黑洞的密度，却发现了一个奇异的现象，那就是黑洞的质量越大密度却越小，反之质量越小的黑洞密度越大！很神奇吗？我认为这个结果一点也不神奇，相反这样的结果是很奇葩的。

因为黑洞的事件视界以内对于人类目前的科技来说全部都失效了，我们不知道其内部到底是什么？由什么样的微粒组成？是什么结构的？有温度吗？是不是存在一个所谓的虫洞？有没有体积？密度是否无限大？等等都无法做出回答，胡乱猜测无法验证！

那我们能回答什么？以下是个人观点部分，仅供阅读不供参考：实际上我们不能回答出黑洞的密度有无极限，但我们却可以计算出黑洞的密度下限，也就是黑洞的最低密度。

前面提到，对于黑洞的形成原因中，有一种是中子星质量超过奥本海默极限时会引起进一步的引力坍塌从而形成黑洞。那么这样形成的黑洞也许就是黑洞的质量下限，也就是说这样的黑洞的密度是黑洞密度的最小值了。

奥本海默极限中的中子星与黑洞的临界质量大约是3个太阳质量，而其史瓦西半径大约是10公里左右，这样我们就可以通过体积计算公式算出体积，进一步计算出其密度：大约是1.95*10^18千克/立方米，也就是每立方米大约有19500000亿吨！

答：以目前人类所掌握的知识，密度是没有极限的，至少是超出了人类目前的认知水平。

我们来看几个例子：

1、水的密度：1克/立方厘米；

2、密度最大的金属——锇：22.6克/立方厘米；

3、白矮星密度：10吨/立方厘米；

4、中子星密度：100万吨/立方厘米；

5、夸克星表面：至少10亿吨/立方厘米；

6、黑洞奇点：无穷大。

黑洞奇点，对于目前的理论来说，密度是无穷大的，所以说物质的密度是没有极限呢！

好啦！我的答案就到这里，喜欢我们答案的读者朋友，记得点击关注我们——艾伯史密斯！

大概五年前我为新版的《十万个为什么》写过这个词条。这里再做进一步展开。

密度极限需要根据物质的定义来考虑。但无论是狭义的物质，还是广义的物质，都有密度极限。

狭义的物质指的是由原子组成的物质。原子由原子核和电子组成，原子核里面是质子和中子，它们都由夸克组成。夸克和电子都是费米子，量子力学中费米子都需要遵守泡利不相容原理，也就是说同样量子数的费米子波函数不会重合，而是在相互作用允许下尽量远离，所以原子都是很空的，绝大部分质量都集中在中间极小的原子核上。这样由原子组成的物质密度就有上限了，一些重金属差不多接近这个上限，即每立方米20多吨（水的密度是每立方米1吨，地球的密度约每立方米5吨）。

广义的物质就是宇宙万物。除了夸克和电子这些费米子，我们还有光子这种玻色子，不用遵守泡利不相容原理。但是光子本身有波长和衍射极限的限制，无论是什么样的光学器件都不能把光斑缩到无限小，也就是说都会有一个有限的大小，即高斯光斑束腰半径，这个大小和原子比起来还是要大很多量级的。

放眼全宇宙，我们会找到打破原子的限制，最终密度非常大的天体。首先是白矮星，即在强大的引力场下把原子核都挤压在一起，密度大概是每立方米几百万吨，也就是地球的上百万倍。

比白矮星密度还大的是中子星，它相当于把原子核都融合在一起，中子紧密排布，变成一个巨大的原子核，因此密度和原子核一样，每立方米千万亿吨级别，也就是地球的千万亿倍。

比中子星密度还大的，在我们的宇宙中只剩下黑洞了。黑洞的体积可以定义在其视界内球体大小，那么黑洞的半径可以用史瓦西半径R表示，它和黑洞的质量M成正比。但黑洞的体积和半径R是三次方关系，也就是说黑洞越大密度反而越小。但是形成黑洞必须具有一定的初始质量，即奥本海默极限M0，那么黑洞的密度极限大概就是c^6/(11*pi^3*G^3*M0^2)，大约每立方米上亿亿吨，即地球密度的几千万亿倍。