heavenhi 发表于 2023-8-3 19:23:11

跌入黑洞会发生什么?一个你死了,另一个你活着

2016 年 4 月 6 日,台湾女科学家马中珮和她的 UCB 团队在宇宙中某个星系稀少的区域里,发现了一个超级大黑洞。
多大呢?大概是太阳质量的 170 亿倍吧。
这是迄今为止发现的最大质量黑洞之一,它位于距离地球 2 亿光年,巨大椭圆状 NGC1600 银河系中央。
NGC1600 是个只拥有约莫 20 个颗星星的银河系,处在一片宇宙的荒漠之中。在过去被认为是几乎空洞的。


图 / D. COE, J. ANDERSON, R. VAN DER MAREL



假如掉入这样一个超级黑洞,会发生什么?
关于电影《星际穿越》的结局有一个说法:穿越回过去,拯救地球,见到自己的女儿,其实都是主角库珀掉入黑洞后,死前的一场梦而已。
正如电影的开头,库珀讨论人死之前会经历什么,他们的结论是:人死前会看到自己的孩子。
跌入黑洞的库珀经历了漫长的死亡,有了这一场美好的大团圆梦境。

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抛开电影情节,假如因为某种奇妙的原因,库珀正在落入黑洞,而你正处于安全的距离外惊恐地目睹这一切。
从这一时刻起,你会观察到什么?

首先,你会看到库珀的身体被逐渐拉长,并发生扭曲,就像透过一个放大镜去看他。
随着库珀越来越接近视线边界,在你看来他的移动速度会变得越来越慢,像一组慢动作镜头
他可能有呼喊,但你听不见,宇宙空间里没有空气。
当库珀最终抵达视线边界时,你会发现他静止了,仿佛被按下了暂停按钮。他停留在那里,一动不动,拉伸的身体开始被烈焰吞噬。
最后你看到,因为时间的静止和霍金辐射产生的高热,库珀在甚至还未跨越视线边界时已经化为灰烬。

先别着急哀悼库珀,现在我们来转变视角,从跌入黑洞的库珀那边来看看,究竟发生了什么
诡异的事情出现了:库珀觉得什么事都没有发生。


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图 / Ute Kraus

在库珀的跌入过程中,他没有感受到拉伸,减速或是可怕的辐射波。
爱因斯坦曾说过一句话:
自由下落的物体感觉不到重力。库珀正是如此。
视线的边界也是一样,那不是一堵砖墙,而只是一种空间上的无形界线。
身在外部的观察者无法目睹这一边界内部的情况,但这对于跌入其中的库珀而言不是问题。对他来说,这里并不存在什么边界。
但库珀发现,他的引力传感器在所有方向上都是指向奇点的下降梯度,即便是在和奇点完全相反的方向上。
他惊慌了,因为他知道自己已经无路可逃。
在黑洞里他的时间是正常的,只要不掉到奇点或奇环,理论上在一个足够大的黑洞中库珀可以正常地度过余生,或先饿死。


图 /一脸懵逼的库珀

等等,哪里不太对...
黑洞里的库珀没有发生什么意外,但是你明明看见他被烧死了啊?他到底是活着还是死了?
怎么会有两个库珀?
—— 这就是有名的「黑洞信息悖论」(Black Hole Information Paradox)。



物理学家 Leonard Susskind 认为这一悖论实际上并不存在,因为不同观测维度的人只能看到一个库珀,并没有人能够看到另一个库珀。你和库珀之间永远无法将那两个「不同结局的库珀」进行对比,也不存在第三位观察者能同时看到黑洞内部和外部。
因此在这样的情况下,物理定律不存在悖论。
对黑洞进行的科学研究,所揭示的一项重要事实就是:根本就没有现实。所谓现实仅仅取决于你询问的对象是谁。
在这个悲惨的故事中有对于你而言的现实,也有对于库珀而言的现实。
就是这样。

那么,假如库珀掉入的只是个小黑洞呢?
如果是这样,库珀将会不太好过了。
他将感受到强大的引力作用,并且腿部感受到的引力要比头部强大的多,他会像一根面条那样被拉长。
若他跌入的是质量比太阳大数百万倍以上的黑洞,在那种情况下,会将人撕碎的引力差非常小,几乎可以忽略。
但他可能会非常快地抵达奇点。
假如库珀掉入的是一个质量为太阳四百万倍的大质量黑洞,他抵达奇点的时间只需要 20 秒。
还好库珀掉入的是超大型的超级黑洞。
(真的有更好吗?)

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自由下落的物体感觉不到重力。
所以从某种意义上说,是时间将库珀推向最后的奇点,他无法回头逃离黑洞。
一如我们永远无法回头,无法回到过去一样。

kino 发表于 2023-8-3 19:23:39

黑洞真的这么圆?

ntljxs 发表于 2023-8-3 19:23:47

黑洞好歹算个天体啊

gibbet/猫 发表于 2023-8-3 19:23:55

等等,库柏自己会感受到霍金辐射产生的高热在燃烧自己吗?还是外界观察者看到的被烧掉的其实只是库柏停留在黑洞外面的光?

im286user 发表于 2023-8-3 19:24:48

后者

cyx1689 发表于 2023-8-3 19:25:19

黑洞是宇宙最圆的物体

★小柯★ 发表于 2023-8-3 19:26:17

“根本就没有现实。所谓现实仅仅取决于你询问的对象是谁。”可以,这很量子

qidi 发表于 2023-8-3 19:27:14

最喜欢里面的墨菲……

乐陶99音乐 发表于 2023-8-3 19:27:31

他到达奇点后会怎样呢?

wzcaicai 发表于 2023-8-3 19:28:31

但是我想弱弱的问一句,他的生物学形态会有顶端和底端之分,而距离黑洞越近的这一端收到的潮汐力定大于彼端,为什么感受不到重力?
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