03.03 落入黑洞会发生什么?

亿云科技


大家知道,霍金在3月14日去世了,这个日子正是爱因斯坦诞辰的日子。霍金研究了一生的黑洞到底是什么?

黑洞的提出:

谈到黑洞,首先必须说爱因斯坦。

爱因斯坦的主要贡献是光电效应、狭义相对论和广义相对论。 爱因斯坦在广义相对论是我们研究宇宙的有力工具,在这个理论里面爱因斯坦提出了引力场方程:

根据这个方程,德国天文学家史瓦西通过计算,得到了引力场方程的一个解。

他发现:这个解很奇异,有很多奇妙的性质。他就把这个解叫做黑洞,并指出宇宙中可能存在这种比较奇怪的天体。

宇宙中究竟有没有黑洞呢?人们开始了一个世纪的寻找,直到今天人们依然把黑洞的存在定性为“可能”。

那么霍金又做了什么呢?

霍金对这个解又进行了一些尝试,在爱因斯坦广义相对论基础之上又引入了量子场论,并通过量子场论的分析,对黑洞的性质又进行了更加详细的描述。比如霍金提出了奇点理论、黑洞蒸发理论、证明了黑洞面积定理等等。霍金的数学功底非常强,他的理论都是通过完美的数学表达式得到的结果。但到目前为止,以上的理论还只是推测。黑洞是否真的存在,人们还处于怀疑阶段。霍金也因此没有获得诺贝尔奖。

进入黑洞的任何物体都无法逃逸

首先,黑洞质量非常大,以至于连跑的最快的物体--光都无法逃逸。为了理解“逃逸”这个概念,我们从比较经典的例子出发,讨论一下宇宙速度。

牛顿曾经说:一个炮弹在地面发射,如果速度比较慢,就会落回到地面。如果速度达到一定值,就不会落地,而是环绕地球运动。这个速度称为第一宇宙速度,它的大小是7.9千米/秒。如果这个速度继续增大到11.2千米/秒,物体就再也不会回到地球,而是逃逸到无穷远处,这个速度也就被称之为逃逸速度。

在经典物理里,逃逸速度与星球质量和半径有关:

其中G是万有引力常数, M是星球的质量,R是星球的半径。

我们会发现,如果星球的质量M越来越大,而星球的半径R越来越小,逃逸速度V就会增大。如果这个速度增大到光速c,那么任何物体都无法逃脱星球的引力了。

于是,我们利用公式

得到

这个就被称之为史瓦西半径。也就是说,如果一个星球半径小于史瓦西半径,就连光也逃不出去。

大家注意:以上过程是一个类比过程,这个方程最终是从广义相对论得到的。虽然看起来史瓦西半径公式和逃逸速度公式一样,但他们的含义是不同的。

如果我们把地球质量

代入,就会得到地球的史瓦西半径R=0.01m。也就是说当地球变成乒乓球大小时,地球就变成黑洞了。

掉入黑洞会怎么样

黑洞最引人入胜的地方是它会造成强烈的时空弯曲。时空弯曲的概念不太好理解,我们从一个简单的例子来说明:

假如有一个引力很大的天体构成了黑洞,那么它的外界有一个圆圈:视界,其半径大小就是史瓦西半径。

假设有一个人A逐渐接近视界,在视界之外还是有机会逃逸的,但一旦进入视界,即使速度为光速,也无法逃离黑洞,最终会撞向黑洞的中心点:奇点。

当这个人匀速接近黑洞,A认为自己在匀速直线运动。如果在遥远处有一个人B观察,他的感觉却与A不同:而在B看来,A的速度越来越慢。最终当A接近视界边缘的时候,B就会发现A静止不动了。在B看来A永远都不会进入视界,而是会成为一座在视界边缘的丰碑。

这就是引力造成的时间变慢效应:距离黑洞越近,时间越慢。

不仅仅是黑洞,大质量物体都会造成周围的时间变慢,大家应该看过一部科幻电影《星际穿越》的一个场景:几个宇航员到一个星球仅仅停留几小时,而在外围空间轨道等待他们的宇航员却在飞船上呆了20多年。

但是A自己看来,他是可以进入视界的。而且当A进入视界之后,就在也出不来了,因为即便他以光速运动,也无法从视界逃逸。视界内的所有现象都和视界外无关,视界内的任何信息都无法发送到视界外,所以我们可以说视界内和视界外是两个世界。

我一般不喜欢把物理学和玄学搞到一起,但是视界内的宇宙与视界外隔绝这件事,真的很像人的死亡。人死了之后也许去了另一个世界,只是他们再也无法给我们传达任何信息了。

更为有趣的是,在黑洞外,时间是单向的,空间是双向的。也就是说,人不能回到过去,但是可以往前运动,也可以往后运动。不过,在黑洞里面,由于时空扭曲的特别厉害,时间会变成双向,可以回到过去。但空间却变成单向的了,不能往回走,物体只能向前,往奇点运动。

在《星际穿越》中也有这样的情节:爸爸通过了黑洞,穿越到过去,给他的女儿一些提示。进入黑洞之后时间的确变为双向,可以到过去,然而视界内的世界与外界没有任何联系,他爸爸不可能给女儿发信息,更不可能从视界出来。这一点上电影的解释是什么我还没有研究清楚。


奇点是什么?

它是黑洞中心一个密度无穷大的点,在这个点上一切物理规律和数学规律都失效了,类似于用一除以零这个表达式。所以我们才称之为“奇”点。

在物体靠近奇点的过程中,距离越近引力差越大,最终物体会由于两端受力差太大而被撕裂。

如何寻找黑洞

霍金预言:黑洞视界附近可以产生正负物质对,正物质放出,负物质被吸进黑洞,这样一来黑洞质量会逐渐减少,称为“黑洞蒸发”,所以黑洞也存在寿命,也正因如此,我们可以通过观察黑洞的蒸发来寻找黑洞。

我们如果想销毁一份文件,可以用碎纸机把它剪碎,再用火烧掉纸屑,但即便这样,理论上信息并没有消失,如果我们使用巧妙地方法进行还原,我们还是可以读到原来的信息。但是黑洞不是这样,它吞噬的所有信息都会永远的消失,虽然黑洞也在蒸发,但是黑洞的蒸发是不携带任何信息的。黑洞是宇宙的超级碎纸机。

黑洞理论依然是宇宙学中最神奇的内容,期待着更多科学家进行讨论。


李永乐老师


黑洞其实并不是黑色的,也不是一个洞,黑洞是指一个空间区域,这个区域的边界被称为“事件视界”,任何进入事件视界的事物,都再也逃脱它强大引力的束缚。因此可以理解为,进入了黑洞的事件视界,就算是掉进了黑洞。

那么如果一个人掉进黑洞会发生什么呢?答案是这个人很可能会死……但这不是绝对,在一些特殊的黑洞里,这样的事情也许就不会发生。

当一个人掉进一个小型黑洞时,那么他就死定了。这是因为身体各个部位受到的引力不一样,具体表现为离黑洞越近,其受到的引力就越大。由于黑洞的引力极其强大,相应的这个引力差也会加倍放大,所以当一个人掉进这类黑洞的时候,他就被这种引力差撕得粉碎,死得不能再死了。

然而对于大型的黑洞来讲,就不会出现这样的结果。对于黑洞的定义,在物理学有一个明确的标准,即一个物体的自然半径小于它的史瓦西半径,那么它就被称为黑洞。例如地球的史瓦西半径约为0.9 厘米,就是说在质量不变的前提下,将地球半径缩小成0.9厘米,地球就变成了黑洞。

在小于史瓦西半径范围内,即使光速也无法逃逸,因此可以认为史瓦西半径就是黑洞的事件视界半径,进入了史瓦西半径,就算是掉进了黑洞。史瓦西半径 (Rs)可以用公式 Rs = 2GM/c^2 计算出来(G为引力常数,c为光速,M为质量)。

通过该公式我们可以看到,一个物体的史瓦西半径与它的质量是正比例关系。我们还需要知道的一个事实是,一个物体的自然半径也与其质量相关,但它是与物体质量的立方根成正比例关系。

这就意味着当一个物体的质量很大时,它的史瓦西半径就会超过自然半径!换一句话来讲,就是如果一个人掉进了一个质量巨大的黑洞,对于这个人来讲,他在进入事件视界时并不会有什么感觉,虽然他再也逃不出去了,但重要的是他还好好的活着,跟以前并没有不同。

将整个可观测宇宙的质量代入史瓦西半径公式,你会惊讶的发现,我们所处宇宙的史瓦西半径约为140亿光年。也正因为这个原因,有科学家认为我们就是生活在一个巨大的黑洞里。

除此之外,还有一种黑洞也可能存在一线生机,那就是高速旋转的黑洞。由于黑洞质量巨大,它高速旋转产生的离心力有可能与自身的引力相互抵消,并在其内部形成一个受力稳定的区域,这个区域被称为“奇异环”。注意,黑洞的高速旋转会对时空结构产生巨大影响,因此在“奇异环”很可能会存在时空裂缝,也就是我们平常所说的虫洞!

如果一个人掉进了这种黑洞,理论上来讲他不会被引力撕碎,他会缓慢的掉进黑洞内部的“奇异环”,然后通过虫洞进入另一个时空!

对于黑洞里面是什么,现在的我们一无所知,以上所述各种情形,只是基于现有的理论基础上进行的推论,事实到底是不是这样,还需要未来的科学家来验证。

回答完毕,欢迎大家关注我们,我们下次再见`


魅力科学君


首先,我想讨论一下更小的物体,比如说氢原子。如果原子掉进黑洞会发生什么。

有一个非常有趣的物体,就像黑洞一样,叫做“磁星”。当一颗恒星正在塌缩,但没有足够的能量成为黑洞时,它就形成了。当一个氢原子靠近它时,整个原子实际上失去了它的基本性质。它的电子被撕裂,整个原子的轨道变形成长圆柱形,完全焚化。这整个现象的发生是因为它有着惊人的极高磁场。



我们从上面的例子中得到的结论是,在“黑洞”、“恒星中心”甚至“接近事件视界”这样的尺度上,经典物理学不再起作用,现代物理学如相对论、霍金辐射、量子涨落控制了整个结果。

所以,让我们来看看你掉进黑洞的情况,或者更准确地说,是事件视界(Event Horizon)。

1:落入一个小型黑洞。例如,由一颗10倍于太阳大小的恒星形成的黑洞。

这样的黑洞有一个相当小的事件视界,可以弯曲时空,不会造成太多可观察到的时间膨胀。要进入这种黑洞,很难不被吸积盘周围形成旋转物质焚烧。

假设你正乘坐一艘宇宙飞船直奔黑洞。最初,您不会感到空间包裹引起的任何显著性差异。但是,当你接近视界时,黑洞的引力将随着黑洞中心距太空船径向距离的减小而呈指数增长。

你的宇宙飞船径直飞向黑洞,那么飞船的前端会感觉到比飞船尾部更大的引力。当你到达更接近事件视界时,这种差异将成倍增加。你的宇宙飞船将开始拉长长度(就像磁星中的氢原子一样)。没有一种材料能承受如此巨大的延伸力。


最终你会在到达事件视界之前解体。

如果你在到达事件视界之前,以某种方式避免了解体,你什么都不会注意到。从事件视界到黑洞奇点中心,这将是一个非常快速的旅程。你会看到绝对的黑暗和绝对的寂静,因为电磁波在这样的引力场中不可能有相对论性运动,如果你还在你的宇宙飞船上,声波也是如此。

在奇点发生了什么?

由于奇点有能力消耗时空本身。一些科学家认为,它打开了通往其他维度或其他宇宙的入口。理论上可能有一个有限大小的黑洞的整个他妈的宇宙。在这种情况下,你会进入一个完全未知的宇宙。这个理论还定义了另一个维度中的一个类似的对应对象,称为“白洞”,它将从这个宇宙中消耗的物质和时空抛到另一个维度或宇宙中。但这是最不可能发生的,因为它违反了热力学第二定律,减少了这个宇宙的熵。



斯蒂芬·霍金对许多重要理论提出了不同的观点,他认为黑洞在事件视界下可能有一个明确界定的表面,它将在有限的时间内蒸发,并以X射线的形式将所有物质辐射出去。

在这种情况下,你的宇宙飞船在到达奇点之前就会塌陷到黑洞的表面,并在能量的作用下及时蒸发掉。

等等,为何有东西能从黑洞里逃(辐射)出来呢?

它可以被称为霍金辐射。由于引力引起的高能场,事件视界上的量子涨落可以产生大量的物质-反物质对。大多数这样的对重新崩溃以辐射能量,但是在事件视界中,反物质可以落入黑洞中以消除其中的物质,并且物质部分可以从事件视界的表面辐射出来。

2:落入超大质量黑洞,例如,在银河系中心出现的超大质量黑洞。

相对于这样的黑洞,我们实在是太渺小了,在视界附近,你不会感觉到任何引力的变化。

奇怪而真实的是,我们无法在进入之前发现事件视界。这是因为黑洞的大小。由于活动视界的巨大,吸积盘不会那么剧烈,相对缓慢。因为离黑洞中心的距离很远,我们不会觉得引力场有什么变化。不像较小的黑洞,在那里这种变化是超指数的。



由于黑洞的巨大质量,我们肯定会感觉到时间的膨胀。相对于地球上的老化速度,我们将在这个黑洞附近老化的相对缓慢。

如果您计划根据船上的时钟在地平线附近花费一年后返回地球。那么你可能会发现地球上实际已经过了1000年。你实际上可以用巨大的黑洞作为时间机器穿越到未来。

而在进入事件视界后发生的事情和小型黑洞一样。

死亡或进入其他维度/宇宙。

如果你有其他见解,可以在下方评论哦,我相信你的评论可以一针见血。


趣味说


这是个很有意思的话题,了解点相对论就不难回答这个问题。为了能说明问题首先做如下假设,就是人在这个过程中不管发生什么变化依然活着(做这个假设是避免杠精说什么高温、那么远怎么去的了等等,因为我们只是探讨过程,别抬杠)。为了方便论述,不妨在这里设掉进黑洞的人为A,而观察着为B。

开始讨论:A在奔向黑洞还没有到达黑洞视界范围时,对于A来看,他认为自己在匀速前进,而对于B来看,A的速度越来越慢,如果此时A不想去了,那么他还可以回来,也就是说在视界范围外空间是双向的,时间是单向的。

当A到达视界范围的临界点时,B看A将是速度为0,永远留在了那一处;

随后A将被黑洞所吸引,进入黑洞的视界范围,此时A将被拉长,奔向黑洞核心,此时如果A再想回来就绝对不可能了,也就是说空间变成了单向性。此时A如果回头看,则看到的是A自己在视界范围边界的情况,因为时间是停止的,就是说时间变成了双向性。由此可见,在黑洞视界范围内外,时空发生了互换


聆雨观澜


虽然我无法了解黑洞,但我只能想象一下,脑补你如果可以进入黑洞。那么你会很痛苦被拉伸,因为重力拉动非常巨大,从头部到脚趾,就跟橡皮人一样,不断地被拉伸。当然也有可能是非常有趣的,你可能还死不了。



当陷入黑洞时,可能时间都会发生改变,比如说有人可以看到你掉下一个黑洞,他会看到你越来越慢地降落,可能这过程需要几周,几年甚至几十年,直到你达到一个连光线无法逃离黑洞视界的地步。

与此同时,当你进入黑洞时,你看到外面的所有东西都将开始加速。你的家庭,孩子,孙辈,几百代人可能会在几分钟和几小时的时间内过去,当你潜入黑洞时,外面数十亿年都将会过去。

慢慢地,慢慢地,你会看到整个宇宙只有一个圆圈。当你进入黑洞并向外看时,随着圆圈会越来越小,你会看到所有的恒星和星系形成一束光,而且它变得越来越亮,越来越亮。

在此之前,你的身体可能会因为黑洞所施加的大量重力而产生裂痕。但是,如果你是一个藐视物理定律的不朽之士,并且你继续这个黑洞的旅程,那将是一个噩梦般的比例。因为随着你每秒钟落入黑洞,外面的数十亿时间都将会过去。那时宇宙将会非常古老,甚至到时候可能连所有恒星都不存在了。

当你陷入黑洞奇点时,可能就成为一粒尘埃了,这就是如果你陷入黑洞,没有死的话,就是永恒了!嗯没错就是这样。相对论,没死就是活的。


万物未解之谜


不用专业知识解答,毕竟自己不是个科学家,而且拿一堆公式出来,大多数人也看不懂,简单来说说吧。

首先,你必须明白你再也出不来了。当你刚一接近黑洞时,你根本不会有什么感觉。就像绕地球轨道运行的太空人,你将处于“自由落体”状态,并且会感觉到失重。但是,一旦你开始接近黑洞那巨大的引力场—大概距离黑洞中心80万千米,你会感觉到什么是所谓的黑洞潮汐力。如果你进入黑洞时碰巧是脚先下去,那么脚会比头感受到更大的拉力,而你会有被撕扯的感觉。当你的身体快要发出“砰”的一声这个临界点时,一切会变得更糟,那就是你生命的终点了。



其次,所有的引力场都有一个脱离速度,在地球上,这个速度就是火箭进入太空的速度。一旦你来到了黑洞的边缘,为了逃离,你需要跑的比光速还要快,而那是不可能的事。

因此,一旦你到了黑洞边界,如果不能跑的比光还快,就再也出不来了。


南京小不点


掉进黑洞会发生什么?

要回答这个向题,首先要明白黑洞的问题。

原本天文学界没有黑洞这个概念,是印度阿三国的一个人,叫做强德拉赛卡,他研究爱因斯坦的广义相对论研究的昏了头,忽然想到,如果有一颗超大质量的恒星,那么这颗恒星超大体积超大质量,引力也就超大,那他超大的体积将受不了他超大引力吸引,会向内塌缩成一个大密度的天体,这个天体的密度将大到连光线也无法逃逸出去。

强德拉塞卡并依据相对论推导出一个数值。(天文学界将这一数值称为强德拉赛卡极限)。

当时天文学界也并没有将强德拉赛卡的理论当回事,只是认为阿三国的人想出名想疯了,也把相对论推导的没影了,并将阿三的推导结果戏称为“黑洞”。

谁知英国天文学家彭罗斯和斯蒂芬.霍金却把强德拉赛卡的理论当回事了,极力推广,世人也就相信了黑洞的存在。

按照霍金对黑洞的定义:

“任何非旋转恒星,不管其形状和内部结构如何复杂,在引力坍缩之后都将终结于一个完美的球形黑洞,其大小只依赖于它的质量。”

所以黑洞不是洞,而是一个超大密度的球体,你也就掉不进黑洞,只能在事件视界处解体。


用户2394723182969王


首先说明一下,不要觉得我是在夸张,我是认真滴!

“如果你成功的掉进了黑洞,那么宇宙就终结了。”

根据广义相对论,当一个人掉入黑洞以后,你所经历的时间就慢了很多,可能你感觉刚过去一秒,外面已经过去了几十亿年。而对外面的人来说,随着你逐渐靠近奇点(其实在你掉落到黑洞的视界之后外界就已经无法观测到你了,我们假设外界可以观测到你),你的下坠速度是越来越慢的,慢到宇宙毁灭了你还没有坠落到奇点。

所以如果你还没有掉进奇点,这时候你回头看了一下外界,你可能会看到整个宇宙已经终结了,对你来说,可以认为你掉进黑洞,导致的宇宙终结。😁

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南国科技


老子曰:西方人粉碎死亡,东方人可以穿越,可以照此办理。






来呀来杯酒呀


呵呵😄,我倒是很想亲身体会掉进黑洞的感觉是什么!

但是,掉不进去啊!所以只能是假设的回答你。假如掉进黑洞不外乎两个结果。

第一个结果是,死翘翘!不留痕迹的死翘翘!即便是有灵魂存在,也难以逃脱被净化成宇宙能量的下场!这个回答是基于黑洞是只能进不能出的;引力强大到无法计算的天体情况下。

第二个结果,假如黑洞是两个宇宙之间的时空通道,那么在排除其它死亡因素的情况下,你可以到达另外一个宇宙空间去玩耍几天再回来。去顺便看看那边有没有一个另外的你,再顺便买一个那边的通讯设备回来,以便你回来以后和那边的你保持经常的联系。

这两种结果是能够被大家接受的结果。那么你自己希望是那种结果呢?