進(jìn)入黑洞的東西最后都到哪兒去了?
擁有巨大質(zhì)量的物體產(chǎn)生的引力場(chǎng)源自其對(duì)周?chē)鷷r(shí)空的“結(jié)構(gòu)性”彎曲,這體現(xiàn)為四維時(shí)空的“等時(shí)仿射集”不再平直,就像重物壓在蹦床表面會(huì)讓它彎曲一樣。最后這個(gè)類(lèi)比被叫做“橡皮膜類(lèi)比”,它是個(gè)比較常見(jiàn)的類(lèi)比方式。
一個(gè)黑“洞”的質(zhì)量非常集中,以至于它“把橡皮膜拉伸”到下方無(wú)窮遠(yuǎn)的位置這是理論計(jì)算的結(jié)果,并在這里“撕開(kāi)了一個(gè)口子”。在事件視界的地方,時(shí)空已被拉伸到與原先垂直的地步,且在此后一直保持垂直。如果有東西掉入黑洞,那么它只要穿過(guò)事件視界實(shí)際上不會(huì),就會(huì)永久地駐留在其內(nèi)部,從外面看上去,這個(gè)東西會(huì)經(jīng)由視界的某個(gè)點(diǎn)“穿入”黑洞。
然而呢,掉進(jìn)黑洞的東西是永遠(yuǎn)也沒(méi)辦法抵達(dá)并穿過(guò)事件視界的,因?yàn)榇┰绞录暯缫馕吨ㄟ^(guò)視界下方這個(gè)無(wú)窮深的深淵。視界內(nèi)外的實(shí)際距離是數(shù)學(xué)意義上的無(wú)窮大,畢竟這里的時(shí)空結(jié)構(gòu)已經(jīng)被無(wú)限地扭曲了。不管視界里面有什么,即使你能夠夢(mèng)幻般地超光速航行,你也沒(méi)辦法抵達(dá)并穿越視界,畢竟需要通過(guò)的距離是無(wú)窮長(zhǎng)的嘛。
所以問(wèn)題的答案是:所有掉向黑洞的東西……都會(huì)在那里一直掉,一直掉,然后就這么永遠(yuǎn)掉下去??臻g被無(wú)限地扭曲(這里不好說(shuō)是向下扭曲還是向外扭曲,畢竟這是在高維空間發(fā)生的,而我們只熟悉三維空間的情況),以至于這個(gè)東西要走無(wú)窮長(zhǎng)的路程才能真正進(jìn)入視界,因而不管物體掉多久,進(jìn)入視界所需要走的路程總是無(wú)窮長(zhǎng)的。
這是個(gè)大多數(shù)物理學(xué)家都不想回答的重要問(wèn)題。不過(guò)我們對(duì)黑洞結(jié)構(gòu)的理解可以幫助我們給出問(wèn)題的答案。
引力場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致時(shí)間膨脹效應(yīng)產(chǎn)生,這意味著引力場(chǎng)會(huì)影響大質(zhì)量天體周?chē)臅r(shí)間流速,這個(gè)影響即使是在地球上也是很明顯的——地表時(shí)間的流速比宇宙空間中的要慢,搞得我們還要在校對(duì)人造衛(wèi)星和地表的鐘時(shí)花額外的工夫去處理這個(gè)問(wèn)題。那些早期的通信衛(wèi)星的運(yùn)行失敗也全都是基于這個(gè)問(wèn)題,后來(lái)人們還不得不在人造衛(wèi)星的鐘上面編入一個(gè)補(bǔ)償器程序來(lái)讓衛(wèi)星進(jìn)行良好的地面通訊。
同樣地,黑洞旁的極強(qiáng)引力場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致極其夸張的時(shí)間膨脹。(這里涉及到很多很多概念,您需要清楚地記住每一個(gè)概念才能夠理解整個(gè)論述。)
光速是宇宙中物體速度的上限。由于光速是個(gè)有限值,我們看到的宇宙比實(shí)際上的宇宙都要老,比如:太陽(yáng)光抵達(dá)地球需要八分鐘的時(shí)間,所以我們看到的太陽(yáng)實(shí)際上是八分鐘前的太陽(yáng),所以如果太陽(yáng)在某一刻突然消失,我們要在八分鐘之后才會(huì)意識(shí)到這件事發(fā)生了。同理,距離我們最近的恒星發(fā)出的光要花四年才能到達(dá)地球,這意味著我們現(xiàn)在看到那顆恒星的模樣實(shí)際上是它四年前的模樣。所以說(shuō),仰望更遠(yuǎn)處星空的我們實(shí)際上是在“緬懷”更久遠(yuǎn)的過(guò)去。
請(qǐng)記牢這些要點(diǎn)。
引力會(huì)影響時(shí)空。詳細(xì)來(lái)說(shuō),引力能彎曲、拉伸及壓縮時(shí)空的結(jié)構(gòu)。既然黑洞的引力極強(qiáng),它就有能力把時(shí)空彎曲至極限。很多著名的科學(xué)家都研究過(guò)黑洞并歸納了它的幾個(gè)特性,這些特性清楚地表明:黑洞的內(nèi)部是無(wú)法用已知的物理學(xué)定律去描述的,因?yàn)檫@些定律都不再適用了。你覺(jué)得黑洞內(nèi)部的情況什么時(shí)候在人類(lèi)的視野里出現(xiàn)過(guò)?它和宇宙大爆炸前的情況差不多。
我們還需要關(guān)注那些關(guān)于黑洞的科學(xué)研究。其中最重要的一個(gè)是愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程,它在靜態(tài)球?qū)ΨQ(chēng)條件下的解被稱(chēng)為史瓦西度規(guī),后者可以表征黑洞和白洞,兩者可通過(guò)蟲(chóng)洞相連,這個(gè)史瓦西蟲(chóng)洞也是愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程的一個(gè)嚴(yán)格解。白洞是與黑洞相反的一種天體,它會(huì)把物質(zhì)吐出去,而黑洞則會(huì)將物質(zhì)吸進(jìn)去。
所以問(wèn)題的最終答案就是:被吸入黑洞的物質(zhì)會(huì)穿過(guò)蟲(chóng)洞到達(dá)白洞并被拋出。
但是我們不能只停在這個(gè)層面上,還有一件需要做的事情是檢驗(yàn)這件事是否會(huì)真實(shí)發(fā)生,其關(guān)鍵的一點(diǎn)是找到白洞存在的證據(jù)。
現(xiàn)在我們總結(jié)一下所提到的諸要點(diǎn)。
1、我們?cè)谘鐾h(yuǎn)處星空時(shí)看到的是更久遠(yuǎn)的過(guò)去時(shí)的景象。
2、黑洞把時(shí)空壓縮到了極致,它把一個(gè)巨大的空間用自己超強(qiáng)的引力扭為一個(gè)很小的姿態(tài)。
3、在黑洞內(nèi)部,所有的物理學(xué)歸律都失效了。
4、在宇宙大爆炸之前,所有的物理學(xué)規(guī)律都不存在。
現(xiàn)在我們縱觀整個(gè)圖景,試著去理解所有這些事情都是怎么一回事。
這也解釋了宇宙大爆炸的物質(zhì)(或者說(shuō)能量)從何而來(lái)。能量守恒定律表明能量既不能被創(chuàng)造也不能被消滅,但它不能解釋被黑洞吞噬的能量去了哪里,也不能解釋宇宙大爆炸的能量的來(lái)源。不過(guò),黑洞所吞噬的和宇宙大爆炸所需的能量是存在關(guān)聯(lián)的,因?yàn)椴挥?jì)其數(shù)的黑洞,不管是曾經(jīng)存在過(guò)的還是現(xiàn)在正存在著的抑或是將來(lái)會(huì)形成的,它們都會(huì)給宇宙大爆炸之初的那單個(gè)白洞提供能量。
BY: quora
FY: 浪漫主義學(xué)派
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