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黑洞里面有什么?像一场穿越事件视界的旅行

2019-11-20     来源:新浪学术

 

黑洞的模拟图像

  新浪学术讯 北京时间11月20日消息,你踏上了探索宇宙深处的漫长旅行,在太阳系外的深空中,你已经跨越了数万光年的距离。你勇敢深入浩瀚的星际空间,见证了宇宙中一些最美丽,也最惊人的事件,从新恒星系的诞生,到大质量恒星的灾难性死亡。现在,你将迎来自己的绝唱,成为一个伟大事件的一部分:你要潜入一个巨大的黑洞之中,看看在神秘的事件视界的另一边,到底是什么样的景象。勇敢的探险家,你会在里面发现什么呢?

  接近宇宙怪物

  首先,我们需要澄清一些概念。黑洞其实有很多种,有的大,有的小;有的带电荷,有的不带电荷;有的在快速旋转,还有的静止不动。在这个特别的故事中,为了描述的方便,我们将这场冒险设定在最简单的可能场景:一个既没有电荷,也没有自旋的大型黑洞。当然,这显然是不现实的,但仍然可以是一个有趣的故事,其中包括了许多很酷的物理学原理。我们可以把更现实的旅行留到下一次(假设我们能在这次假设的黑洞之旅中幸存下来的话……当然,这是不可能的)。

  在相隔很远时,这个大型黑洞出奇地温和。毕竟,这只是一个巨大的物体,就像其他任何庞然大物一样。引力是引力,质量是质量,黑洞的引力来自于巨大的质量。这就像太阳,它对你的引力和你对它的引力是一样的。相比之下,黑洞所缺少的只是美妙的阳光、热量和辐射。因此,如果你想在一个安全的距离上绕着黑洞旋转的话,肯定可以做到。

  不过,既然你选择进入更靠近黑洞的轨道,为什么还要绕着它转呢?

  黑洞本身是一个奇点,一个密度无穷大的点。但是,你看不到奇点本身,因为它被事件视界所笼罩。我们通常认为事件视界就是黑洞的“表面”,要想走得更远,你必须先刺破这层“面纱”。

  超越事件视界

  事件视界不是一个真实的物理边界,它既不是膜,也不是某种表面。事件视界的简单定义就是一段到奇点的特定距离,如果落到这个距离以内,你就无法逃脱。当然,这也没什么大不了的。

  在这段特定的距离中,引力是如此之大,以至于任何东西,甚至光本身,都无法逃脱黑洞的魔爪。如果你落到事件视界内,又突然觉得自己受够了黑洞探索任务,那就为时已晚了。无论你多么努力地发动推进器,都无法使自己远离奇点。你已经被困住了,任何努力注定都是徒劳的。

  当然,你的劫数并不会立刻到来。在不可避免的死亡之前,你还有一些时间来享受这段经历——如果能称得上“享受”的话。到达奇点的时间取决于黑洞的质量。对于一个小黑洞(质量只有太阳质量的几倍)而言,可能甚至都不到一眨眼的时间;而如果是一个巨大的,至少比太阳大一百万倍的黑洞,你就还有几次心跳的时间,来感受这个宇宙中的神秘角落。

  你必须达到奇点,别无选择。在事件视界内,没有什么是静止的。你被迫一直运动,而奇点存在于你所有可能的未来中。

  在黑洞的事件视界之外,你可以向空间中的任意方向移动。向上?向左?两者兼而有之?或者都不是?一切都由你决定。但是,无论你去往哪里,你都必须一直向着未来行进,无法逃脱。

  然而,到了事件视界之内,这种常识就被打破了。此时,奇点就存在于你的未来,你只能够一直向奇点运动。向左、向上、转身,这些都不重要,因为奇点总在你前方。然后,你会在有限的时间内到达奇点。

  与无限的会合

  当落向奇点时,你并不会被笼罩在黑暗中。来自周围宇宙的光会与你一起坠落,并在你之后继续坠落。由于极端的引力,光会迁移到更高的频率,而且由于时间膨胀,外部宇宙似乎加速了。

  古怪的事情还不止于此。由于黑洞的所有质量都集中在一个无限小的点上,所以引力的差别非常极端。从头到脚,你的身体会被极度拉伸,这个过程被称为“意大利面化”。此外,你的躯干中部会被挤压。这种挤压也会作用在你周围的光束上,使入射的光线集中到你腰部的明亮带。

  你眼中的奇点也会变得怪诞和扭曲。它漆黑一片——你看不到它,因为它存在于你的未来,就像你的肉眼无法看到未来一样。只有到达奇点,你才能知道它是什么样子。然而,奇点并不会呈现为一个小点,巨大的引力差异会使奇点延伸,并吞噬你大部分的视野。

  当你接近奇点时,你可能会像降落在一个巨大的、没有特征的、空无一物的黑色星球表面。当奇点完全从一个视界延伸到另一个视界时,你就成功到达了奇点。

  你会发现什么?我们不知道。如果你能告诉我们就好了,但就像前面所说的,没有什么能逃脱黑洞,包括已经进入黑洞的你。

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文章关键字: 黑洞  宇宙  旅行

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