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掉进黑洞里一定会死吗?如果不死,我们会看到什么?

黑洞是广义相对论预言的天体,现在天文学观测已经证实了黑洞是存在的。在我们银河系的正中央,距离地球2.5万光年的人马座a位置,就有一个质量是太阳460万倍的黑洞。

       

     

黑洞是大质量恒星,在天体演化的最后阶段燃尽所有燃料以后,经历过超新星爆炸,剩下的内核质量过大,中子简并压无法对抗引力,物质就会无限的收缩为一个点~被称为“奇点”,于是黑洞就形成了。

奇点的存在性,是由著名的物理学家彭罗斯(这位大科学家还健在,发明悬魂梯的也是他)证明的,他是和霍金齐名的天体物理学家。

》每一个黑洞的奇点,都会被一个极度扭曲的空间所包裹。

这个极度扭曲的空间外层有一个物理学上的“分界面”,这个“分界面“被称为“视界”。在这个“视界”外面,是光可以逃逸的范围。而“视界”之内是我们无法观测到的,所以那里发生了什么我们不知道,“视界”因此而得名。

       

     

所以“视界”不是一个实体,它是一个光不可逃逸的空间区域。通常,我们把“视界”的范围称为黑洞的范围。

》黑洞其实分成三种,不旋转不带电的黑洞,旋转不带电的黑洞,旋转带电的黑洞。

目前观测到的黑洞都是旋转的,理论上都应该带电荷。所以严格的说,只有最后一种黑洞是真实存在的,前两种只在计算公式上存在。

在黑洞的视界计算公式中,视界的半径和黑洞的质量成正比。然而在万有引力公式中,引力的大小和半径的平方成反比。

这说明视界半径的增长速度会高出引力的增加速度。如果黑洞的质量是1,对应的视界半径是1,视界的重力加速度是G;那么黑洞的质量变成2的时候,对应的视界半径是2,而此时的视界边缘的重力加速度变成G/2。

通过上面的简单计算,我们就可以看出:随着黑洞质量的增加,在视界边缘的重力加速度会快速的减少。

所以,黑洞越小越危险,越大越安全!

       

     

》如果黑洞的质量达到15000亿个太阳质量,那么黑洞“视界”的半径会达到0.5光年,这个时候视界半径处的重力加速度等于地球表面的重力加速度。这样的黑洞是可以安全接近的。

小黑洞的潮汐力可以把人体撕成亚原子粒子,但是直径一光年的大黑洞,可以让我们的宇宙飞船安全的抵达“视界”。

如果黑洞的直径超过100光年,作用在人体上的引力几乎是可以说忽略不计的。

由于大自然中的黑洞都是旋转且带电的,所以在两极会有高速的喷流射出,正确的进入姿势,要从黑洞的赤道位置进入黑洞。可供安全接近的黑洞,都是光年级别的。但是太大的黑洞,我们花很长时间才能飞到视界,有可能一生都无法抵达。

假如我们乘坐一艘1/2光速的飞船,飞向直径1光年的黑洞。我们那么,这个过程中,我们会看到什么呢?

       

     

》在接近黑洞两光年的地方,由于空间的弯曲变大,黑洞在我们的视野里越来越大。我们往飞船后面看的时候,后面的事物开始扭曲。

飞船将以螺旋形的方式运动,围绕黑洞转两圈,花10年的时间飞到视界表面。

随着飞船在黑洞的引力场中不断的加速,飞船上的钟会越来越慢,所以飞船上的钟记录飞船飞抵黑洞视界的时间不会超过5年。

在飞船落入黑洞的过程中,前方会看到一圈一圈的细细的光线,紧密的围绕在黑洞世界的周围,越接近于黑洞的视界,这些光线越暗!这是从吸积盘飞入黑洞中的高温等粒子体,在引力场中造成的虚影。

       

     

飞船上的人往后看的时候,会发现后面的物体的颜色在变蓝,这是因为光线在引力场中的蓝移。而且后方的景物在不断的收缩,类似于我们掉入一口井,往井口上看的情景。

在飞船落入黑洞的过程中,外部的观察者会发现飞船的影像逐渐的暗淡,飞行速度越来越慢,在抵达视界表面的时候,飞船的影像完全的消失。

而在飞船内部的人,会发现飞船上的钟越来越慢。飞船的后部,视界外的影像从房子大小变成轮胎大小,再变成满月大小,最后变成一个拳头大小,最后缩成一个微小的亮点。

       

     

》当飞船抵达视界表面的时候,一切都静止了。

我们往飞船的窗户外面观看的时候,除了近距离的物体,远处一片黑暗。如果我们通过特殊仪器观察,飞船下方所停留的表面上,会有幽灵般的光不时射出,一直延伸到无穷远方,这是黑洞视界表面发射出的霍金辐射。

有科学家认为在黑洞视界的表面,温度会自动从低温的地方流向高温的地方。如果这种情况会发生,热力学第二定律将被违反,人有返老还童的可能性。

       

     

》如果飞船继续前进,越过视界的表面,进入内部,会看到一个更加与众不同的景象。

霍金、彭罗斯等人认为,黑洞的视界只是在三维的空间中封闭的,但是在更高维度的空间都是开放的。所以黑洞的内部很可能是一个通向高维空间的通道。

       

     

彭罗斯等人的计算也表明,飞船越过视界,飞向黑洞奇点的过程中,行进的线路是一条类光测地线,在这条路线上,会出现时空的拐点,这就是所谓的“温和奇点”。飞船会停留在这个位置。这个结论基本上被天体物理学家广泛接受,基普索恩等人都接受这个观点。

基普索恩是《星际穿越》的科学顾问,所以《星际穿越》这个电影采用了“温和奇点”这个设定。男主人公就是在“温和奇点”遇到了一个外星人放置在那里的超立方体。他通过这个超立方体返回地球,在高维空间通过弦震动的方式给自己的女儿送信,告诉她一个方程的关键参数。

       

     

因为视界内发生的事情,我们是无法看到的,所以只能用反证法来证明它是正确的。

霍金辐射表明,黑洞内部并非是一片死寂,而是生机勃勃之地。也许每一个黑洞的内部都是一个崭新的宇宙!但是,前往那里需要最勇敢的人。

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