将一群质子压缩至其史瓦西半径以内，会形成黑洞吗？
这个问题，就像是在问，“如果把一堆沙子堆得足够高，它会变成一座山吗？” 答案是，是的，但前提是堆得“足够高”，并且这个“足够高”是有特定条件的。对于质子来说，让它们形成黑洞的道理也一样：将一群质子压缩到其史瓦西半径以内，理论上可以形成黑洞，但这在现实中是极为困难的，甚至可以说是不可能实现的。
让我们一点点拆解这个问题，把它讲得透彻一些。
首先，理解史瓦西半径是关键。
史瓦西半径（Schwarzschild radius）是爱因斯坦广义相对论中的一个概念。它代表了一个物体，如果它被压缩到这个半径以下，那么它的引力将变得如此之强，以至于没有任何东西，包括光，能够逃脱它的引力范围。这个半径的大小取决于物体的质量。史瓦西半径的公式是：
$R_s = frac{2GM}{c^2}$
其中：
$R_s$ 是史瓦西半径。
$G$ 是万有引力常数。
$M$ 是物体的质量。
$c$ 是光速。
这个公式告诉我们，物体的质量越大，它的史瓦西半径就越大。反之，质量越小，史瓦西半径也就越小。
现在，我们来看看质子。
一个质子是一个基本粒子，它的质量非常非常小。质子的质量大约是 $1.67 imes 10^{27}$ 千克。如果我们把这个质量代入史瓦西半径的公式，我们会得到一个极其微小的数字。
让我们来估算一下单个质子的史瓦西半径：
$R_s ( ext{proton}) = frac{2 imes (6.674 imes 10^{11} ext{ N m}^2/ ext{kg}^2) imes (1.67 imes 10^{27} ext{ kg})}{(3 imes 10^8 ext{ m/s})^2}$
计算一下这个值，你会发现它大约是 $2.47 imes 10^{54}$ 米。这个数字小到我们根本无法想象！它比我们已知宇宙中任何尺寸都要小得多，比夸克的大小（如果它们有定义明确的边界的话）还要小无数个数量级。
那么，问题来了，为什么仅仅是“一群”质子就涉及到“形成黑洞”了呢？
这涉及到“压缩”和“质量累积”的概念。一个质子自身的质量太小了，它的史瓦西半径也小到几乎没有意义。但是，如果我们聚集了大量的质子，它们的总质量就会累积起来，那么这个累积的质量就会有一个与之对应的史瓦西半径。
假设我们想形成一个黑洞，其质量等于一个质子的质量（尽管这不太可能实现）。那么这个黑洞的史瓦西半径就是上面计算出的那个微小的数字。
如果我们想要形成一个宏观一些的黑洞，比如质量与地球相当的黑洞（地球质量约为 $5.97 imes 10^{24}$ 千克），那么它的史瓦西半径大约是 $0.00887$ 米，也就是不到一厘米。
现在回到核心问题：将一群质子压缩到其史瓦西半径以内。
这可以分成两种理解：
1. 压缩单个质子到它自身的史瓦西半径以内： 这是不可能的。即使我们能够将一个质子压缩到那个微小的尺寸，它所面临的强大内部力（强核力）和量子效应会起主导作用，我们对在如此极端条件下物质行为的理解还不够完全。而且，即使能压缩，也需要难以想象的能量。
2. 聚集足够多的质子，并压缩它们的总体积，使得这个总体积小于它们总质量对应的史瓦西半径： 这是理论上形成黑洞的方式。如果我们将大量的质子聚集在一起，并且施加极端的压力，将它们的总质量压缩到小于其总质量对应的史瓦西半径，那么它就会变成一个黑洞。
问题在哪里？在于“压缩到”这个过程的难度。
要将一群质子压缩到它们总质量对应的史瓦西半径以内，我们需要克服两种主要的阻力：
简并压： 质子是费米子，它们遵循泡利不相容原理。这意味着两个相同的费米子不能处于相同的量子状态。当我们将许多质子挤压在一起时，它们会占据不同的能量状态。最低能量状态会被填满，然后更高的能量状态也会被填满。这种“占位”效应产生了巨大的压力，称为简并压。电子简并压在白矮星中起着支撑作用，而中子简并压则在脉冲星中起作用。对于质子来说，它们会先变成中子（通过电子俘获过程），因为质子比中子更重，并且内部结构更复杂。所以，我们实际上要考虑的可能是中子的简并压。
强核力： 在极小的尺度上，质子之间的强核力会变得非常重要。这种力是束缚原子核的力，它在极短的距离内非常强大。要克服这种力将质子（或更可能的是由质子转化而来的中子）挤压得更紧密，需要巨大的能量。
我们来计算一下，要形成一个质量与我们想象中的太阳（约 $2 imes 10^{30}$ 千克）相当的黑洞，需要多少质子。
一个太阳质量的黑洞的史瓦西半径大约是 3 千米。要达到太阳的质量，我们需要：
$(2 imes 10^{30} ext{ kg}) / (1.67 imes 10^{27} ext{ kg/proton}) approx 1.2 imes 10^{57}$ 个质子。
想象一下，这是多么庞大的一个数字！这是我们宇宙中质子总数的一小部分，但它需要被压缩到一个半径只有 3 千米的空间里。
现实中的约束：
能量需求： 要将如此多的质子压缩到如此小的体积，所需的能量将是天文数字。目前我们已知的最强大的力量（比如超新星爆发中的中子星合并）也难以达到这个程度。
量子效应的限制： 在极小的尺度下，量子力学的效应会变得非常显著。例如，质子是由夸克和胶子组成的，在极高能量密度下，它们的内部结构可能会发生变化。
史瓦西半径的定义本身： 当一个物体的质量密度达到一个临界值时，它就会形成一个黑洞。这个临界密度与史瓦西半径有关。如果物质被压缩到小于其史瓦西半径，那么它就形成了一个黑洞。
举个例子：中子星
中子星是宇宙中最致密的物体之一，它们的质量可以达到太阳质量的 1.4 到 2 倍，但半径只有大约 1020 千米。中子星之所以能保持稳定而不塌缩成黑洞，正是因为中子简并压能够抵抗引力的坍缩。但如果中子星的质量超过某个临界值（奥本海默沃尔科夫极限，大约是太阳质量的 23 倍），即使是中子简并压也无法再抵抗引力，它就会塌缩形成黑洞。
那么，质子呢？
如果我们把一群质子压缩，它们很可能会先经历质子到中子的转化（通过电子俘获：质子 + 电子 > 中子 + 电子中微子）。一旦成为中子，它们就会像中子星里的中子一样，受到中子简并压的支撑。
要让这群中子塌缩成黑洞，其总质量必须超过奥本海默沃尔科夫极限。也就是说，我们需要聚集相当数量的质子，转化为中子，并且密度要足够大，超过了中子简并压所能支撑的极限。
总结一下：
是的，理论上，如果你能找到一种方法，将大量的质子聚集在一起，并施加一种能够克服其内部相互作用（简并压和强核力）的极端外部压力，将其压缩到其总质量对应的史瓦西半径以内，那么它就会坍缩形成一个黑洞。
然而，现实世界的物理条件和我们目前掌握的技术，使得实现这一目标变得极其困难。我们无法在实验室里创造出能够压缩如此多质子的设备，所需的能量也远超我们的能力范围。这种过程更像是宇宙学事件（如大质量恒星的引力坍缩）的产物，而不是我们能够主动实现的。
所以，虽然答案是肯定的，但它更像是一个理论上的可能性，而不是一个可以轻易实现的场景。就像我说的那样，堆沙子可以堆成山，但前提是你能持续不断地堆积，并且有足够高的“山顶”作为参考点。对于质子黑洞来说，那个“山顶”是它自身质量的史瓦西半径，而要达到那个点，需要宇宙级的努力和条件。
让我们一点点拆解这个问题，把它讲得透彻一些。
首先，理解史瓦西半径是关键。
史瓦西半径（Schwarzschild radius）是爱因斯坦广义相对论中的一个概念。它代表了一个物体，如果它被压缩到这个半径以下，那么它的引力将变得如此之强，以至于没有任何东西，包括光，能够逃脱它的引力范围。这个半径的大小取决于物体的质量。史瓦西半径的公式是：
$R_s = frac{2GM}{c^2}$
其中：
$R_s$ 是史瓦西半径。
$G$ 是万有引力常数。
$M$ 是物体的质量。
$c$ 是光速。
这个公式告诉我们，物体的质量越大，它的史瓦西半径就越大。反之，质量越小，史瓦西半径也就越小。
现在，我们来看看质子。
一个质子是一个基本粒子，它的质量非常非常小。质子的质量大约是 $1.67 imes 10^{27}$ 千克。如果我们把这个质量代入史瓦西半径的公式，我们会得到一个极其微小的数字。
让我们来估算一下单个质子的史瓦西半径：
$R_s ( ext{proton}) = frac{2 imes (6.674 imes 10^{11} ext{ N m}^2/ ext{kg}^2) imes (1.67 imes 10^{27} ext{ kg})}{(3 imes 10^8 ext{ m/s})^2}$
计算一下这个值，你会发现它大约是 $2.47 imes 10^{54}$ 米。这个数字小到我们根本无法想象！它比我们已知宇宙中任何尺寸都要小得多，比夸克的大小（如果它们有定义明确的边界的话）还要小无数个数量级。
那么，问题来了，为什么仅仅是“一群”质子就涉及到“形成黑洞”了呢？
这涉及到“压缩”和“质量累积”的概念。一个质子自身的质量太小了，它的史瓦西半径也小到几乎没有意义。但是，如果我们聚集了大量的质子，它们的总质量就会累积起来，那么这个累积的质量就会有一个与之对应的史瓦西半径。
假设我们想形成一个黑洞，其质量等于一个质子的质量（尽管这不太可能实现）。那么这个黑洞的史瓦西半径就是上面计算出的那个微小的数字。
如果我们想要形成一个宏观一些的黑洞，比如质量与地球相当的黑洞（地球质量约为 $5.97 imes 10^{24}$ 千克），那么它的史瓦西半径大约是 $0.00887$ 米，也就是不到一厘米。
现在回到核心问题：将一群质子压缩到其史瓦西半径以内。
这可以分成两种理解：
1. 压缩单个质子到它自身的史瓦西半径以内： 这是不可能的。即使我们能够将一个质子压缩到那个微小的尺寸，它所面临的强大内部力（强核力）和量子效应会起主导作用，我们对在如此极端条件下物质行为的理解还不够完全。而且，即使能压缩，也需要难以想象的能量。
2. 聚集足够多的质子，并压缩它们的总体积，使得这个总体积小于它们总质量对应的史瓦西半径： 这是理论上形成黑洞的方式。如果我们将大量的质子聚集在一起，并且施加极端的压力，将它们的总质量压缩到小于其总质量对应的史瓦西半径，那么它就会变成一个黑洞。
问题在哪里？在于“压缩到”这个过程的难度。
要将一群质子压缩到它们总质量对应的史瓦西半径以内，我们需要克服两种主要的阻力：
简并压： 质子是费米子，它们遵循泡利不相容原理。这意味着两个相同的费米子不能处于相同的量子状态。当我们将许多质子挤压在一起时，它们会占据不同的能量状态。最低能量状态会被填满，然后更高的能量状态也会被填满。这种“占位”效应产生了巨大的压力，称为简并压。电子简并压在白矮星中起着支撑作用，而中子简并压则在脉冲星中起作用。对于质子来说，它们会先变成中子（通过电子俘获过程），因为质子比中子更重，并且内部结构更复杂。所以，我们实际上要考虑的可能是中子的简并压。
强核力： 在极小的尺度上，质子之间的强核力会变得非常重要。这种力是束缚原子核的力，它在极短的距离内非常强大。要克服这种力将质子（或更可能的是由质子转化而来的中子）挤压得更紧密，需要巨大的能量。
我们来计算一下，要形成一个质量与我们想象中的太阳（约 $2 imes 10^{30}$ 千克）相当的黑洞，需要多少质子。
一个太阳质量的黑洞的史瓦西半径大约是 3 千米。要达到太阳的质量，我们需要：
$(2 imes 10^{30} ext{ kg}) / (1.67 imes 10^{27} ext{ kg/proton}) approx 1.2 imes 10^{57}$ 个质子。
想象一下，这是多么庞大的一个数字！这是我们宇宙中质子总数的一小部分，但它需要被压缩到一个半径只有 3 千米的空间里。
现实中的约束：
能量需求： 要将如此多的质子压缩到如此小的体积，所需的能量将是天文数字。目前我们已知的最强大的力量（比如超新星爆发中的中子星合并）也难以达到这个程度。
量子效应的限制： 在极小的尺度下，量子力学的效应会变得非常显著。例如，质子是由夸克和胶子组成的，在极高能量密度下，它们的内部结构可能会发生变化。
史瓦西半径的定义本身： 当一个物体的质量密度达到一个临界值时，它就会形成一个黑洞。这个临界密度与史瓦西半径有关。如果物质被压缩到小于其史瓦西半径，那么它就形成了一个黑洞。
举个例子：中子星
中子星是宇宙中最致密的物体之一，它们的质量可以达到太阳质量的 1.4 到 2 倍，但半径只有大约 1020 千米。中子星之所以能保持稳定而不塌缩成黑洞，正是因为中子简并压能够抵抗引力的坍缩。但如果中子星的质量超过某个临界值（奥本海默沃尔科夫极限，大约是太阳质量的 23 倍），即使是中子简并压也无法再抵抗引力，它就会塌缩形成黑洞。
那么，质子呢？
如果我们把一群质子压缩，它们很可能会先经历质子到中子的转化（通过电子俘获：质子 + 电子 > 中子 + 电子中微子）。一旦成为中子，它们就会像中子星里的中子一样，受到中子简并压的支撑。
要让这群中子塌缩成黑洞，其总质量必须超过奥本海默沃尔科夫极限。也就是说，我们需要聚集相当数量的质子，转化为中子，并且密度要足够大，超过了中子简并压所能支撑的极限。
总结一下：
是的，理论上，如果你能找到一种方法，将大量的质子聚集在一起，并施加一种能够克服其内部相互作用（简并压和强核力）的极端外部压力，将其压缩到其总质量对应的史瓦西半径以内，那么它就会坍缩形成一个黑洞。
然而，现实世界的物理条件和我们目前掌握的技术，使得实现这一目标变得极其困难。我们无法在实验室里创造出能够压缩如此多质子的设备，所需的能量也远超我们的能力范围。这种过程更像是宇宙学事件（如大质量恒星的引力坍缩）的产物，而不是我们能够主动实现的。
所以，虽然答案是肯定的，但它更像是一个理论上的可能性，而不是一个可以轻易实现的场景。就像我说的那样，堆沙子可以堆成山，但前提是你能持续不断地堆积，并且有足够高的“山顶”作为参考点。对于质子黑洞来说，那个“山顶”是它自身质量的史瓦西半径，而要达到那个点，需要宇宙级的努力和条件。
网友意见
根据“黑洞无毛定律”，黑洞只有3种性质:
质量，角动量，电荷
分别对应4种黑洞:
不带自旋，不带电荷的施瓦西黑洞
带自旋，不带电荷的克尔黑洞
不带自旋，带电荷的Reissner-Nordstrom黑洞
带自旋，带电荷的克尔-纽曼黑洞
题主说的大概接近RN黑洞吧
附上【What if】系列第140期
电子月球-质子地球
如果地球整个由质子组成，而月球整个由电子组成会发生什么？
http:// songshuhui.net/archives /93878类似的话题
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