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被黑洞吸进去的物质会永远留在里面吗?

对这个问题的回答,依赖于你用什么理论,所以黑洞的概念在科学史上走过了一段否定之否定的历程。

最初,人们根本想不到有黑洞这样的东西。后来,人们认为存在一种完全“黑”的东西,只进不出,把它命名为黑洞。再后来,人们又发现黑洞不是完全黑的,也有可能从中跑出物质来。既然不那么黑,还叫做黑洞吗?嘿,这就是认识的深化过程。

具体解释一下。

牛顿力学里,光不会受到引力的影响,所以不可能存在“连光都跑不出去”的天体。

爱因斯坦提出广义相对论后,我们对引力的描述发生了重大的变化:有质量的物体导致时空发生弯曲,只受引力作用的物体在时空中运动时,走的是两点之间距离最短的路线即“短程线”。如果没有质量,时空不弯曲,短程线就是直线,这时你看到的就是匀速直线运动。如果有质量,弯曲时空中的短程线变成了曲线,这时在你看来,物体似乎就是在引力下运动。

因此,按照广义相对论,包括光在内的所有物质都会受到引力的作用。广义相对论第一个得到实验验证的观测结果,就是光在经过太阳附近时会被偏折。

于是人们想到,如果一个星体的引力场足够强,就会让光的短程线向回折,以至于永远都跑不出一个区域。这个星体就被称为黑洞,这个区域被称为黑洞的视界。

按照这个定义,被黑洞吸进去的物质当然就出不来了,因为连光都出不来,其他速度低于光速的东西就更不用说了。

但是!以上所有讨论都是基于广义相对论的,而还有一个与广义相对论并列的基本理论叫做量子力学。当你考虑量子力学效应时,就会发现在视界附近的真空不是纯粹的空,而是不断地有虚的粒子和反粒子对在出现和湮灭。如果刚好有一个粒子被黑洞吸进去了,剩下的那个反粒子就会变成实粒子飞出来,相当于从黑洞中飞出了粒子。这是霍金预言的,叫做“霍金辐射”。

霍金

如果你要问,霍金辐射观察到了没有?当然没有,否则为什么霍金一直没有拿到诺贝尔奖。其实就连黑洞,都还没有直接观察到呢!

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