站在黑洞视界边缘的特定点,能否看到自己的背后?


理论上,如果有人处在黑洞事件视界之外的某个位置,他可以看到自己的背后。关于这个问题,我们先要来了解几个概念。

首先,如果我们能够看到自己的背后,这就意味着我们背后反射出的光进入了我们的眼睛。然而,光沿着直线传播,那么,人的背后所反射的光又如何会回到人的眼睛中呢?

这就要涉及到空间弯曲的概念。根据广义相对论,空间会被有质量的物体所弯曲,并且曲率随着物体质量的增加而变大。因此,如果光在物体附近经过时,它们就会沿着弯曲空间的测地线运动,从而出现偏转。如果物体的质量越大,光越靠近物体的表面,出现偏转的角度越大。对于这种现象,早已经得到了实验的证实,最早可以追溯到1919年的日全食观测实验。

而对于黑洞这样的极端天体,所有质量都集中在中心的引力奇点中,致使周围空间被强烈弯曲。在与奇点相隔一定距离之内的空间中,光无法逃逸,由此可以推导出黑洞的半径(史瓦西半径)为:

r=2GM/c^2

其中r表示黑洞的史瓦西半径,G表示万有引力常数,M表示黑洞质量,c表示光速。

由于空间弯曲,在距离黑洞越近的地方,如果要绕着黑洞做圆周运动,所需的轨道速度越高。根据广义相对论,在距离黑洞1.5倍史瓦西半径的球形范围中,绕着黑洞旋转所需的速度达到了光速。空间弯曲到刚好可以使光绕着黑洞旋转,光既不会落入黑洞,也不会逃离黑洞,这个范围就被称作光子层。

理论上,如果有人处在黑洞的光子层中,那么,在其背后反射出的光将会绕着黑洞旋转一周之后返回人的眼睛,所以他将会看到自己的背后。但这只是理论情况,由于光子层没有厚度,并且它还会随着黑洞的质量变化而改变,所以现实中很难会出现题主所说的情况。


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