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落入黑洞的人,在外界看来越来越慢永不会掉进去。那黑洞又是怎么通过吸积盘来吞噬外界物质的呢

时间: 2022-11-20 03:00:36 | 来源: 喜蛋文章网 | 编辑: admin | 阅读: 107次

落入黑洞的人,在外界看来越来越慢永不会掉进去。那黑洞又是怎么通过吸积盘来吞噬外界物质的呢

人类如果进入黑洞会怎么样

你有没有偶尔出现过这样的念头:如果你掉进一个黑洞会发生什么?

你可能会认为自己大概会被压碎,或者撕成碎片。但现实可能比你设想的更加诡异。在你落入黑洞的一瞬间,现实将会被一分为二。在其中一种场景中,你将瞬间化为灰烬,而在另一种场景下,你几乎毫发无损,并且这两种情形可能都是真实的。

黑洞是什么?

黑洞是一类诡异之地,在这里我们所熟知的物理定律不再有效。爱因斯坦指出,黑洞的引力会弯曲时空,造成时空本身发生扭曲。因此如果有一个密度足够高的物体, 时空将发生严重扭曲,以至于在这个物体周围的现实时空之中形成一个类似凹陷的区域,这就是黑洞。当一颗大质量恒星耗尽其燃料之后发生爆炸塌缩,这一过程将 足以产生这样奇异的超级致密天体。当超大质量恒星的死亡核心在自身质量作用下不断收缩,它周围的时空随之扭曲。它的引力开始变得如此之强,以至于光线也无法逃离它的掌控:在这颗恒星原先所在的位置上,一个新的黑洞出现了。

黑洞最外层的是它的事件边界,也就是光线恰好开始无法逃离的引力范围边界。在这一区域之外,光线还可以逃离,而一旦越过这一边界,任何逃离的努力都将是徒劳 的。事件边界蕴含着巨大的能量。此处的量子效应会产生强大的高温粒子流并向外辐射,这就是所谓的“霍金辐射”。这是以英国著名天体物理学家霍金教授的名字 命名的,因为是他最先预言了这种辐射效应的存在。只要给予足够的时间,这种霍金辐射将最终耗尽黑洞的所有质量并导致黑洞的最终消亡。

随着你逐渐深入黑洞,时空变得更加扭曲,直到抵达黑洞的核心——在这里,时空的扭曲达到无限程度,这就是“奇点”。在这里空间和时间不再有意义,我们所熟知的,基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。

新浪科技 答:

你有没有偶尔出现过这样的念头:如果你掉进一个黑洞会发生什么?

你可能会认为自己大概会被压碎,或者撕成碎片。但现实可能比你设想的更加诡异。在你落入黑洞的一瞬间,现实将会被一分为二。在其中一种场景中,你将瞬间化为灰烬,而在另一种场景下,你几乎毫发无损,并且这两种情形可能都是真实的。

黑洞是什么?

黑洞是一类诡异之地,在这里我们所熟知的物理定律不再有效。爱因斯坦指出,黑洞的引力会弯曲时空,造成时空本身发生扭曲。因此如果有一个密度足够高的物体, 时空将发生严重扭曲,以至于在这个物体周围的现实时空之中形成一个类似凹陷的区域,这就是黑洞。当一颗大质量恒星耗尽其燃料之后发生爆炸塌缩,这一过程将 足以产生这样奇异的超级致密天体。当超大质量恒星的死亡核心在自身质量作用下不断收缩,它周围的时空随之扭曲。它的引力开始变得如此之强,以至于光线也无法逃离它的掌控:在这颗恒星原先所在的位置上,一个新的黑洞出现了。

黑洞最外层的是它的事件边界,也就是光线恰好开始无法逃离的引力范围边界。在这一区域之外,光线还可以逃离,而一旦越过这一边界,任何逃离的努力都将是徒劳 的。事件边界蕴含着巨大的能量。此处的量子效应会产生强大的高温粒子流并向外辐射,这就是所谓的“霍金辐射”。这是以英国著名天体物理学家霍金教授的名字 命名的,因为是他最先预言了这种辐射效应的存在。只要给予足够的时间,这种霍金辐射将最终耗尽黑洞的所有质量并导致黑洞的最终消亡。

随着你逐渐深入黑洞,时空变得更加扭曲,直到抵达黑洞的核心——在这里,时空的扭曲达到无限程度,这就是“奇点”。在这里空间和时间不再有意义,我们所熟知的,基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。

大质量天体会导致时空的扭曲大质量天体会导致时空的扭曲

在黑洞中,时空的扭曲程度到达极点在黑洞中,时空的扭曲程度到达极点

黑洞导致光线传播路径的极大扭曲,形成类似“透镜”的效果黑洞导致光线传播路径的极大扭曲,形成类似“透镜”的效果

半人马射电源A(Centaurus A)可能是一个位于我们银河系中央的大型黑洞半人马射电源A(Centaurus A)可能是一个位于我们银河系中央的大型黑洞

那么在这里究竟将发生什么?另一个宇宙?混沌?或是通往小时候书架的后面?没有人知道答案。

落入黑洞时会发生什么——你死了,但同时你活着

那么如果有一天你真的不幸落入其中一个黑洞之中,将会发生什么?首先我们假想你拥有一个名叫“安妮”(Anne)的同伴。你正朝着黑洞落去,而她仍然处于安全的距离外惊恐万分地观察着眼前的景象。从此刻开始,她将目睹一系列奇异现象。

随着你朝着黑洞的事件边界不断加速下落。安妮将会看到你的身体逐渐被拉长并扭曲,就像透过一个放大镜观察你的感觉。并且随着你越来越接近事件边界,安妮会发现你的移动速度似乎变得越来越慢,就像在看慢动作镜头。

你没有办法向她呼喊,因为空间里没有空气,但你想到用自己的iphone手机,利用闪光的方式向安妮发送一段摩尔斯电码(真的有一个这样的app)。然而你发出的信号向外传递的速度同样非常缓慢,光线的波长已经在强大的引力场中被严重拉伸,频率变得很低:“我很好。。。我 很 好。。。 我。。。。。。。很。。。。。。。好。。。”

当你最终抵达事件边界,安妮会发现你静止了,仿佛某人按下了暂停按钮。她会看到你还在那里,一动不动,拉伸的身体开始被烈焰吞噬。

在安妮看来,你已经因为空间的拉伸,时间的静止和霍金辐射产生的高热,在甚至还未跨越事件边界的时候已经化为灰烬了。

然而,在我们为你准备葬礼之前,先让我们忘掉安妮的报告,转而从你自己的视角来看一看这段时间里你究竟经历了什么?好吧,现在更加诡异的事情出现了:你觉得什么事都没有发生。

在你的下落过程中,你将感受不到拉伸,减速或是可怕的辐射。这是因为你正处于自由落体状态下,因此你感受不到重力的存在——爱因斯坦将这称之为自己“最令人愉悦的想法”。

毕竟,事件边界并不是一堵砖墙,而只是一种空间上的无形边界。一名位于外部的观测者无法目睹这一边界内部的事件,但这对于你而言不是问题——对你而言,这里并不存在什么边界。

当然,如果你正落入的是一个较小型的黑洞,那么你的确会有大问题。你将感受到强大的引力作用:你的腿部感受到的引力要比头部强大的多,你将会像一根意大利面条那样被拉长。但幸运的是你现在落入的是一个大型黑洞,其质量是太阳的数百万倍,在这种情况下,那种会将人撕碎的引力差将变得非常小,几乎可以忽略。

理论上说,在一个足够大的黑洞中你可以“正常”地度过余生,直到最终落到黑洞中央的奇点上迎来死亡。

“正常”——有多正常?你可能会有这样的疑问,因为此时的你正坠入时空连续体中的裂隙,完全不以自己的意志为转移,没有办法回头——一定没有人能够体会你的感受。

但奇怪的是,实际上从某种角度来看,我们是能够体会你的感受的——不是从空间上,而是从时间上——时间之河永恒地向前流淌,不以我们的意志为转移,我们只能随着时间向前走,没有办法回头。

这并不仅仅是一个比方。黑洞将空间和时间扭曲到了一个极端的程度,以至于在黑洞内部,时间和空间已经互换了角色。从某种意义上说,是时间将你推向最后的奇点。你无法回头逃离黑洞,一如我们无法回头,回到过去。

量子物理学指出,黑洞的边界可能存在一堵“火墙”量子物理学指出,黑洞的边界可能存在一堵“火墙”

黑洞的事件边界并不是一堵现实存在的墙黑洞的事件边界并不是一堵现实存在的墙

“黑洞信息悖论”

到了这一步,你大概会想:等一下,那个安妮到底是怎么回事?明明我什么都没发生,周围什么都没有,只有空旷的空间,为什么她一口咬定亲眼看到我在事件边界外就已经被烧成灰了?难道她产生幻觉了吗?

事实是,安妮并没有产生幻觉。从她的视角看,你的确是在事件边界附近就被烧成灰烬了。这不是幻觉。如果可以的话,她甚至还可以收集你的骨灰并带回地球给你的家人安葬。

实际上,自然界的定律要求从安妮的视角观察,你必须永远都无法进入到黑洞的内部。这是因为量子物理学原理要求信息不可丢失——任何描述你的存在的信息必须留在黑洞外部,否则安妮所在空间的物理学定律将会崩溃。

而在另一方面,物理学定律也要求你必须能够穿越事件边界,而不会遭遇到超热粒子流或其他任何异常的东西。否则你将违背爱因斯坦的那个“最令人愉悦的想法”和广义相对论原理。

因此,简单来说,物理学定律要求你同时存在两种状态——在黑洞外成为一堆灰烬,以及在黑洞内,完好地活着。然而还有第三项物理学定律,它指出信息是不允许被克隆的——你必须同时存在于两个地点,但同时你只能有一个。

不知怎的,物理学定律将我们带向了一个似乎违背常识的结论。物理学家们将这一矛盾性结论称为“黑洞信息悖论”(Black Hole Information Paradox)。幸运的是,在1990年代,他们终于找到了一种调和这对矛盾的方法。

物理学家莱纳德·苏斯坎德(Leonard Susskind) 意识到这一悖论实际上并不存在,因为并没有人能够看到另一个你。安妮只能看到已经化为灰烬的你,而你只能看到活着的你自己。你和安妮之间永远无法将这两个 “你”进行对比,并且也不存在第三名观察者能够同时看到黑洞内部和外部的情况。因此在这样的情况下,物理定律将不会被突破。

除非你非要深究,这两个你究竟哪一个才是真的你。你想知道:我究竟是活着还是死了?

黑洞的研究所揭示的一项重要事实便是:根本就没有现实。所谓现实仅仅取决于你所询问的对象是谁。在这个故事中有对于安妮而言的现实,也有对于你而言的现实。大概就是这样。

从事件边界喷涌而出的“霍金辐射”从事件边界喷涌而出的“霍金辐射”

黑洞——一旦你落入其中,永远不可能再出来黑洞——一旦你落入其中,永远不可能再出来

“鬼魅般的远距作用”

在2021年的夏天,一个物理学家小组(包括4名成员:Ahmed Almheiri,Donald Marolf,Joe Polchinski 以及James Sully,简称AMPS)设计出一项思想实验,它可能将会彻底颠覆我们对黑洞的认识。

AMPS小组意识到,苏斯坎德的解决方案完全基于一个前提,那就是黑洞的事件边界将可以调和你和安妮所见的不同事实。你安全的漂浮在空间里,而安妮看到你化为了一团灰烬,这不要紧,因为安妮看不到位于事件边界另一侧的那个你。但是,假如安妮找到了一种方法,可以在并不需要亲自穿越事件边界而得知这一边界另一侧情况的方法,那将会怎样?

简单的应用相对论,那么这个问题将不能成立,但量子物理学原理让这个问题变得比我们设想的更加复杂。安妮或许可以窥见事件边界后的一丝隐情,她采用的方法就是被爱因斯坦称作“鬼魅般的远距作用”("spooky action-at-a-distance")的一种现象。

这就是量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离,但却诡异地相互联系(“纠缠”)。它们同属于一个单一而不可分的整体,因此对其进行描述的信息无法在它们其中的任何一个粒子身上找到,而在于如鬼魅般将它们两者联系在一起的那种“纠缠”之中。

AMPS小组的思想实验正是基于此——设想安妮掌握有靠近事件边界的一组信息,称之为A。如果她的故事是正确的,你已经在黑洞边界附近化为灰烬,那么信息A必定与另外一组信息B之间存在纠缠,信息B应当与那团高温粒子流有关。

而在另一方面,如果你的故事是正确的,你在事件边界的另一侧安全地存活着。那么信息A则必须与另一个不同的信息C相互纠缠,这个信息C应当与黑洞内部的某种东西有关。

这里就出现了矛盾:每一组信息都只能被关联一次。也就是说信息A只能在B和C之间关联一次——要么与B纠缠,要么与C纠缠,不能两者同时。

因此安妮手里握有信息A,并将它放入她的手持式纠缠解译机,此时这台机器将会显示答案:要么B,要么C,而不会是两者同时显示。

如果显示的答案是C,那么你的故事胜出,但量子物理学原理将会崩溃。如果信息A与深入黑洞内部的信息C相互纠缠,那么对于安妮而言,她所掌握的信息A从此将永远消失,这就违背了量子物理学所规定的信息不可丢失的原则。

那么如果显示的结果是B呢?如果解译机器显示的答案是B,那么安妮的故事胜出,但爱因斯坦的广义相对论将会崩溃。如果信息A与信息B相互纠缠,那么安妮的故事就是真实的版本,也就是说你真的已经化为灰烬,而不是安然无恙地通过事件边界,就像广义相对论所要求的那样——你遭遇到一堵真实存在的“火墙”。

这样一来,我们就被迫回到我们最初开始的地方:当你坠向一个黑洞时究竟会发生什么?你会安然无恙地通过事件边界?还是会在下落过程中一头撞上“火墙”而化为灰烬?没有人知道答案,这已经成为基础物理学领域最持久的难题之一。

事实上,物理学家们已经花费超过100年时间试图调和广义相对论与量子原理之间的矛盾,他们知道最终这两者之间必定将会有一个做出让步。黑洞带给我们的这一悖论或许将帮助我们判断究竟哪一种理论将做出让步,并指引我们找出掌管宇宙运行的更深层次上的基本理论。

黑洞内部究竟是什么样的?没有人知道答案黑洞内部究竟是什么样的?没有人知道答案

“鬼魅般的远距作用”——量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离,但却诡异地相互联系(“纠缠”)“鬼魅般的远距作用”——量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离,但却诡异地相互联系(“纠缠”)

黑洞能从周围天体上吸取物质黑洞能从周围天体上吸取物质

回到起点

其中的线索之一或许就在安妮的解译机器上。要想解译出与信息A纠缠的另一个信息是极其困难而复杂的。因此新泽西州普林斯顿大学的物理学家丹尼尔·哈罗(Daniel Harlow)以及加州斯坦福大学的物理学家帕特里克·海登(Patrick Hayden)想要知道这样的解译过程将需要花费多长时间才能完成。

在2021年,他们计算的结果发现,即便借助物理学原理极限所允许的最强大的计算机,安妮要想解译出所需的信息也将耗费极其漫长的时间。到她最终解译出结果时,那个黑洞早就已经完全蒸发,从宇宙中消失了。

如果这一结果是正确的,那么解译过程本身的极端复杂性将阻止安妮找出两个版本故事之间哪个是真实的努力。这样就只能假设这两个故事都是真实的,何为现实仅仅 取决于不同的观测者,所有的物理学定律都将不会被违背——你已经死亡,化为了灰烬,但同时也安全地通过了事件边界,没有遭遇到可怕的“火墙”,安然无恙地活着。

这一结果也启发物理学家们去思考一些新的问题:那就是极端复杂的计算(如安妮所遭遇的那样)与时空之间的联系。这其中似乎隐藏着某种更加深层的秘密。

这就是有关黑洞的故事,并不仅仅关乎空间旅行者们的命运,它们也是理论物理学的天然实验室,将物理系定律中的一些极细微缺陷无限放大,到我们完全不能忽略它们的地步。

如果现实的真正本质仍然隐藏在某处,那么找出它们最好的地方就是黑洞。当然,在物理学家们真正有把握地搞清楚黑洞“火墙”的问题之前,我们最好还是站在事件边界的外部观察会比较好一点。或者我们就把安妮送进去,这次该轮到

任何物体会在被吸进黑洞前就已经被撕碎了,所以人在进入黑洞的视界前就会被拉伸撕裂。在外界看来由于引力红移,他会以越来越缓慢、永无止境的过程跌向视界,同时也因为引力红移,光子的波长也被不断拉伸,理论上接近视界时我们就几乎无法观测到那里发生的事了。

你有没有偶尔出现过这样的念头:如果你掉进一个黑洞会发生什么?
你可能会认为自己大概会被压碎,或者撕成碎片。但现实可能比你设想的更加诡异。在你落入黑洞的一瞬间,现实将会被一分为二。在其中一种场景中,你将瞬间化为灰烬,而在另一种场景下,你几乎毫发无损,并且这两种情形可能都是真实的。
黑洞是什么?
黑洞是一类诡异之地,在这里我们所熟知的物理定律不再有效。爱因斯坦指出,黑洞的引力会弯曲时空,造成时空本身发生扭曲。因此如果有一个密度足够高的物体, 时空将发生严重扭曲,以至于在这个物体周围的现实时空之中形成一个类似凹陷的区域,这就是黑洞。当一颗大质量恒星耗尽其燃料之后发生爆炸塌缩,这一过程将 足以产生这样奇异的超级致密天体。当超大质量恒星的死亡核心在自身质量作用下不断收缩,它周围的时空随之扭曲。它的引力开始变得如此之强,以至于光线也无法逃离它的掌控:在这颗恒星原先所在的位置上,一个新的黑洞出现了。
黑洞最外层的是它的事件边界,也就是光线恰好开始无法逃离的引力范围边界。在这一区域之外,光线还可以逃离,而一旦越过这一边界,任何逃离的努力都将是徒劳 的。事件边界蕴含着巨大的能量。此处的量子效应会产生强大的高温粒子流并向外辐射,这就是所谓的“霍金辐射”。这是以英国著名天体物理学家霍金教授的名字 命名的,因为是他最先预言了这种辐射效应的存在。只要给予足够的时间,这种霍金辐射将最终耗尽黑洞的所有质量并导致黑洞的最终消亡。
随着你逐渐深入黑洞,时空变得更加扭曲,直到抵达黑洞的核心——在这里,时空的扭曲达到无限程度,这就是“奇点”。在这里空间和时间不再有意义,我们所熟知的,基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。
新浪科技 答:
你有没有偶尔出现过这样的念头:如果你掉进一个黑洞会发生什么?
你可能会认为自己大概会被压碎,或者撕成碎片。但现实可能比你设想的更加诡异。在你落入黑洞的一瞬间,现实将会被一分为二。在其中一种场景中,你将瞬间化为灰烬,而在另一种场景下,你几乎毫发无损,并且这两种情形可能都是真实的。
黑洞是什么?
黑洞是一类诡异之地,在这里我们所熟知的物理定律不再有效。爱因斯坦指出,黑洞的引力会弯曲时空,造成时空本身发生扭曲。因此如果有一个密度足够高的物体, 时空将发生严重扭曲,以至于在这个物体周围的现实时空之中形成一个类似凹陷的区域,这就是黑洞。当一颗大质量恒星耗尽其燃料之后发生爆炸塌缩,这一过程将 足以产生这样奇异的超级致密天体。当超大质量恒星的死亡核心在自身质量作用下不断收缩,它周围的时空随之扭曲。它的引力开始变得如此之强,以至于光线也无法逃离它的掌控:在这颗恒星原先所在的位置上,一个新的黑洞出现了。
黑洞最外层的是它的事件边界,也就是光线恰好开始无法逃离的引力范围边界。在这一区域之外,光线还可以逃离,而一旦越过这一边界,任何逃离的努力都将是徒劳 的。事件边界蕴含着巨大的能量。此处的量子效应会产生强大的高温粒子流并向外辐射,这就是所谓的“霍金辐射”。这是以英国著名天体物理学家霍金教授的名字 命名的,因为是他最先预言了这种辐射效应的存在。只要给予足够的时间,这种霍金辐射将最终耗尽黑洞的所有质量并导致黑洞的最终消亡。
随着你逐渐深入黑洞,时空变得更加扭曲,直到抵达黑洞的核心——在这里,时空的扭曲达到无限程度,这就是“奇点”。在这里空间和时间不再有意义,我们所熟知的,基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。
大质量天体会导致时空的扭曲大质量天体会导致时空的扭曲
在黑洞中,时空的扭曲程度到达极点在黑洞中,时空的扭曲程度到达极点
黑洞导致光线传播路径的极大扭曲,形成类似“透镜”的效果黑洞导致光线传播路径的极大扭曲,形成类似“透镜”的效果
半人马射电源A(Centaurus A)可能是一个位于我们银河系中央的大型黑洞半人马射电源A(Centaurus A)可能是一个位于我们银河系中央的大型黑洞
那么在这里究竟将发生什么?另一个宇宙?混沌?或是通往小时候书架的后面?没有人知道答案。
落入黑洞时会发生什么——你死了,但同时你活着
那么如果有一天你真的不幸落入其中一个黑洞之中,将会发生什么?首先我们假想你拥有一个名叫“安妮”(Anne)的同伴。你正朝着黑洞落去,而她仍然处于安全的距离外惊恐万分地观察着眼前的景象。从此刻开始,她将目睹一系列奇异现象。
随着你朝着黑洞的事件边界不断加速下落。安妮将会看到你的身体逐渐被拉长并扭曲,就像透过一个放大镜观察你的感觉。并且随着你越来越接近事件边界,安妮会发现你的移动速度似乎变得越来越慢,就像在看慢动作镜头。
你没有办法向她呼喊,因为空间里没有空气,但你想到用自己的iphone手机,利用闪光的方式向安妮发送一段摩尔斯电码(真的有一个这样的app)。然而你发出的信号向外传递的速度同样非常缓慢,光线的波长已经在强大的引力场中被严重拉伸,频率变得很低:“我很好。。。我 很 好。。。 我。。。。。。。很。。。。。。。好。。。”
当你最终抵达事件边界,安妮会发现你静止了,仿佛某人按下了暂停按钮。她会看到你还在那里,一动不动,拉伸的身体开始被烈焰吞噬。
在安妮看来,你已经因为空间的拉伸,时间的静止和霍金辐射产生的高热,在甚至还未跨越事件边界的时候已经化为灰烬了。
然而,在我们为你准备葬礼之前,先让我们忘掉安妮的报告,转而从你自己的视角来看一看这段时间里你究竟经历了什么?好吧,现在更加诡异的事情出现了:你觉得什么事都没有发生。
在你的下落过程中,你将感受不到拉伸,减速或是可怕的辐射。这是因为你正处于自由落体状态下,因此你感受不到重力的存在——爱因斯坦将这称之为自己“最令人愉悦的想法”。
毕竟,事件边界并不是一堵砖墙,而只是一种空间上的无形边界。一名位于外部的观测者无法目睹这一边界内部的事件,但这对于你而言不是问题——对你而言,这里并不存在什么边界。
当然,如果你正落入的是一个较小型的黑洞,那么你的确会有大问题。你将感受到强大的引力作用:你的腿部感受到的引力要比头部强大的多,你将会像一根意大利面条那样被拉长。但幸运的是你现在落入的是一个大型黑洞,其质量是太阳的数百万倍,在这种情况下,那种会将人撕碎的引力差将变得非常小,几乎可以忽略。
理论上说,在一个足够大的黑洞中你可以“正常”地度过余生,直到最终落到黑洞中央的奇点上迎来死亡。
“正常”——有多正常?你可能会有这样的疑问,因为此时的你正坠入时空连续体中的裂隙,完全不以自己的意志为转移,没有办法回头——一定没有人能够体会你的感受。
但奇怪的是,实际上从某种角度来看,我们是能够体会你的感受的——不是从空间上,而是从时间上——时间之河永恒地向前流淌,不以我们的意志为转移,我们只能随着时间向前走,没有办法回头。
这并不仅仅是一个比方。黑洞将空间和时间扭曲到了一个极端的程度,以至于在黑洞内部,时间和空间已经互换了角色。从某种意义上说,是时间将你推向最后的奇点。你无法回头逃离黑洞,一如我们无法回头,回到过去。
量子物理学指出,黑洞的边界可能存在一堵“火墙”量子物理学指出,黑洞的边界可能存在一堵“火墙”
黑洞的事件边界并不是一堵现实存在的墙黑洞的事件边界并不是一堵现实存在的墙
“黑洞信息悖论”
到了这一步,你大概会想:等一下,那个安妮到底是怎么回事?明明我什么都没发生,周围什么都没有,只有空旷的空间,为什么她一口咬定亲眼看到我在事件边界外就已经被烧成灰了?难道她产生幻觉了吗?
事实是,安妮并没有产生幻觉。从她的视角看,你的确是在事件边界附近就被烧成灰烬了。这不是幻觉。如果可以的话,她甚至还可以收集你的骨灰并带回地球给你的家人安葬。
实际上,自然界的定律要求从安妮的视角观察,你必须永远都无法进入到黑洞的内部。这是因为量子物理学原理要求信息不可丢失——任何描述你的存在的信息必须留在黑洞外部,否则安妮所在空间的物理学定律将会崩溃。
而在另一方面,物理学定律也要求你必须能够穿越事件边界,而不会遭遇到超热粒子流或其他任何异常的东西。否则你将违背爱因斯坦的那个“最令人愉悦的想法”和广义相对论原理。
因此,简单来说,物理学定律要求你同时存在两种状态——在黑洞外成为一堆灰烬,以及在黑洞内,完好地活着。然而还有第三项物理学定律,它指出信息是不允许被克隆的——你必须同时存在于两个地点,但同时你只能有一个。
不知怎的,物理学定律将我们带向了一个似乎违背常识的结论。物理学家们将这一矛盾性结论称为“黑洞信息悖论”(Black Hole Information Paradox)。幸运的是,在1990年代,他们终于找到了一种调和这对矛盾的方法。
物理学家莱纳德·苏斯坎德(Leonard Susskind) 意识到这一悖论实际上并不存在,因为并没有人能够看到另一个你。安妮只能看到已经化为灰烬的你,而你只能看到活着的你自己。你和安妮之间永远无法将这两个 “你”进行对比,并且也不存在第三名观察者能够同时看到黑洞内部和外部的情况。因此在这样的情况下,物理定律将不会被突破。
除非你非要深究,这两个你究竟哪一个才是真的你。你想知道:我究竟是活着还是死了?
黑洞的研究所揭示的一项重要事实便是:根本就没有现实。所谓现实仅仅取决于你所询问的对象是谁。在这个故事中有对于安妮而言的现实,也有对于你而言的现实。大概就是这样。
从事件边界喷涌而出的“霍金辐射”从事件边界喷涌而出的“霍金辐射”
黑洞——一旦你落入其中,永远不可能再出来黑洞——一旦你落入其中,永远不可能再出来
“鬼魅般的远距作用”
在2021年的夏天,一个物理学家小组(包括4名成员:Ahmed Almheiri,Donald Marolf,Joe Polchinski 以及James Sully,简称AMPS)设计出一项思想实验,它可能将会彻底颠覆我们对黑洞的认识。
AMPS小组意识到,苏斯坎德的解决方案完全基于一个前提,那就是黑洞的事件边界将可以调和你和安妮所见的不同事实。你安全的漂浮在空间里,而安妮看到你化为了一团灰烬,这不要紧,因为安妮看不到位于事件边界另一侧的那个你。但是,假如安妮找到了一种方法,可以在并不需要亲自穿越事件边界而得知这一边界另一侧情况的方法,那将会怎样?
简单的应用相对论,那么这个问题将不能成立,但量子物理学原理让这个问题变得比我们设想的更加复杂。安妮或许可以窥见事件边界后的一丝隐情,她采用的方法就是被爱因斯坦称作“鬼魅般的远距作用”("spooky action-at-a-distance")的一种现象。
这就是量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离,但却诡异地相互联系(“纠缠”)。它们同属于一个单一而不可分的整体,因此对其进行描述的信息无法在它们其中的任何一个粒子身上找到,而在于如鬼魅般将它们两者联系在一起的那种“纠缠”之中。
AMPS小组的思想实验正是基于此——设想安妮掌握有靠近事件边界的一组信息,称之为A。如果她的故事是正确的,你已经在黑洞边界附近化为灰烬,那么信息A必定与另外一组信息B之间存在纠缠,信息B应当与那团高温粒子流有关。
人体会被黑洞的引力撕碎,成为黑洞的一部分。
黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速。“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。
1916年,德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这个解表明,如果将大量物质集中于空间一点,其周围会产生奇异的现象,即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面,即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。
黑洞无法直接观测,但可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ射线的“边缘讯息”,可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。
北京时间2021年4月10日21时,人类首张黑洞照片面世,该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影,周围环绕一个新月状光环。爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。

会碎裂成基本粒子,最后被黑洞中央奇点所吸收

图中+-号代表不可分割的最小正负弦信息单位-弦比特(string bit)

(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)

注:位元即比特

人如果落入黑洞会是什么结果?会有什么感觉?

要讨论人体进入黑洞的过程是什么感觉之前,要先确定是什么样的黑洞,因为不同的黑洞,人体进入的过程是有天渊之别的。

按照目前理论,黑洞形成后对于外界只剩下三个物理量:质量、电荷和角动量。自然我们要对黑洞进行分类也只能通过这三个物理量的组合。为了简化问题,我们吧电荷这个物理量忽略掉吧,因为作为一个人,我们都是由中性原子构成的,在我们还有感觉的情况下,黑洞电荷对我们的影响应该没有另外两个物理量大吧,而且关于电荷,好像已经超出广义相对论范畴了。

因此我们就先以质量和角动量来把黑洞简单分一分,为了不要写得太长篇,就简单分为四种吧:小质量的不自转黑洞、小质量的高速自转黑洞、超大质量的不自转黑洞和超大质量的高速自转黑洞。

黑洞

小质量的不自转黑洞(典型史瓦西黑洞)

小质量指的是恒星质量黑洞,一般几倍太阳质量,按照奥本海默极限,大约在3.2倍太阳质量以上,可以假设为5倍太阳质量,下同。

5倍太阳质量的静态史瓦西黑洞的视界半径大约为15km,由于视界就是黑洞的边界,因此我们说进入黑洞指的就是进入视界。在这么小的半径范围内质心却拥有5倍的太阳质量,其引力可想而知,由于半径太小,在视界附近的引力梯度异常巨大,也就是就是时空弯曲的变化将极其严重,形象点说就是时空的坡度将变得“很陡”。由于三维空间的距离平方反比率(其实这个在极度弯曲的空间已经不太适用了),而对于一个2米不到的人体,在15公里的半径范围上,5倍太阳质量的中心引力,头和脚的引力差将大得……一时语塞,不知道该用什么形容词了……反正就很大很大就对了。其实不用到视界附近,实际上很远的地方的引力差(即一般所说的潮汐力)已经足够把人体拉成兰州拉面了,当然由于人体并没有兰州拉面那么好的韧性,所以早就断成细胞、分子了……

会不会很奇怪引力差为什么能把人拉成兰州拉面?可以这样理解,由于引力的距离平方反比率,一个2米的人体在一个半径很小的范围内,头和脚的重力加速度将相差非常大。来看看计算重力加速度的公式吧:g=GM/R^2(黑洞附近实际上这条公式应该已经不适用了)当半径R很小时,半径增减2米得到的重力加速度结果将相差很大。由于黑洞质量太大了,用经典重力加速度公式实际算出来的数值并不准确,只是为了方便理解,比如在黑洞外1000公里半径范围上,头尾引力加速度分别为663622.43km/s^2和663619.78km/^2,你减一下发现,头和脚的重力加速度将达到2.65km/s^2,这相当于把你的的头固定,然后给你的脚加一个2.65km/s^2的加速度,你猜猜会怎么样?我猜是会很爽的,反正会在你还没感觉有多疼痛的时候就已经身首异处了……这样说比较血腥,我们还是说兰州拉面吧……

5倍太阳质量黑洞离中心1000km处的头脚重力加速度差

超大质量不自转黑洞(超大质量史瓦西黑洞)

质量设置多大好呢?就1亿倍太阳质量吧,刚刚发布的人类拍摄到第一个黑洞视界面的M87星系黑洞就是这个大小。65亿倍太阳质量黑洞的史瓦西半径大约192亿km,相比之下,冥王星轨道半径才60亿公里左右,也就是达到冥王星公转轨道半径的3倍多……在这样的半径距离上,引力梯度将非常小了,时空相对平缓,对于这样的大小的黑洞,在视界处的人体头脚2米的引力差将足够小,甚至不会比现在地球上大,这样的黑洞人体将能安全通过。当人落入这样的黑洞,将看到视界慢慢变大并占满整个视野,然后眼前一黑……对于外界,你就进入永恒了,但对于你自己,你将快速向奇点陷落,随着加速下落,离奇点的距离越来越近,引力梯度将渐渐变大,时空弯曲越来越严重,最终你还是躲不过被拉成兰州拉面的命运……

65亿倍太阳质量黑洞视界处的人体头脚重力加速度差

小质量的高速自转黑洞(典型克尔黑洞)

5倍太阳质量的克尔黑洞的的视界半径大约……等等,克尔黑洞的视界半径不同于史瓦西半径,史瓦西半径只由一个参数——质量决定,而克尔黑洞在史瓦西黑洞的基础上还增加了一个角动量的参量,这体现在黑洞的自转速度上。我们同样来点极端的,给它一个极端的转速,也就是它物理允许的最高转速,那么它的视界半径将比史瓦西半径小一倍左右,约8km吧。由于高速自转的黑洞将带动周围时空绕自身旋转,这被称为参考系拖拽效应。因此人体落入黑洞的过程将不再是直掉进去,而是沿着被黑洞自转扭成螺旋形的时空落向黑洞,这样虽然史视界半径比史瓦西黑洞更小了,但引力梯度反而也更小了,也就是说同样在视界处,高速自转的黑洞人体头脚的引力差将更小。然而由于这黑洞实在太小了,人还是会被它拉成兰州拉面……

超大质量的高速自转黑洞(超大质量克尔黑洞)

根据我上面给出的超大质量黑洞数据你一定猜到了,这个黑洞就是新近发布的人类拍摄的第一个黑洞视界图片——M87椭圆星系中心黑洞!

65亿倍太阳质量的M87椭圆星系中心黑洞

进入这种带吸积盘的黑洞你得做好隔热防辐射措施,否则还没接近视界就被烧得灰飞烟灭了。由于克尔黑洞比同质量的史瓦西黑洞的引力坡度更小,所以可以很舒服地进入视界,然后你可能会有几种结局,一种是由于黑洞转的太快了,你将经过漫长的时间都落不到引力梯度足够大的区域从而被扯成兰州拉面,你有可能在无限的下落中饿死了……还有一种情况就是在下落中掉进时空坡度相对平缓的下落奇点或外飞奇点,这在《星际穿越》里被称为温和的奇点,你同样有可能活下来,但落入奇点会发生什么就不知道了……还有一种就跟之前的史瓦西黑洞结局一样,随着向中心奇点下落,离中心奇点半径缩小,你的头脚引力差将迅速增大,最终还是被拉成兰州拉面……

总结

在所有拉成兰州拉面的过程中,你都会经理痛苦的五马分尸一样的过程……不会是好的感受……珍惜生命,远离黑洞!

人如果落入黑洞肯定会没命了,因为在这种情况下人必须采取隔热和防辐射措施,否则人还没接近视界就会被烧得灰飞烟灭了。
我觉得人如果落入黑洞的话,马上就会消失掉,因为黑洞的力量是非常强大的,我们可能都不会有任何的知觉,就消亡在这个世界上。
可能会被分解称为最简单基本的构成元素,或者是反物质吧,人也许在进入之前就已经失去了意识。
我觉得可能就会马上失去所有得直觉,在那一瞬间,感觉整个人都被分裂了。

都说黑洞中时间是静止的,接近黑洞的物体从外面看会停留在视界边缘,那光为啥没停下来呢

如题。。既然当物体接近黑洞时,外面的人看他会慢慢趋于静止,永远不会看到他进入黑洞,那么,黑洞吞噬了那么多东西,岂不是说黑洞世界边缘是垃圾一片?而且按照这么说,被吸进去的光,在外面看来是不是也会慢慢停留在视界边缘,而永远不会看到他落入黑洞当中,那这么说,岂不是说黑洞边缘会累计好多好多光,让黑洞边边缘变得好亮好亮吗。。。
因为已经涉及到时间范畴,所以你的推理有很大问题。在黑洞附近,时间都是相对于每个人而言的,你看到进入黑洞的物体趋于静止,是因为他陷入黑洞的影像(光)传入你眼睛中的速度变慢的缘故,如影像每一帧的间距月来也大。但这是对你而言;对黑洞本身,吸入的物体可是迅速被吸收进去的,故不存在“黑洞世界边缘是垃圾一片”;第二,光被你看到的是光,你看不到不代表它就不是光,光不会在黑洞边缘累积,原因和垃圾不会在黑洞边缘一样,其次,就算累积黑洞边缘也不一定亮,光只有进入你眼睛才会“亮”,黑洞不会让光跑出来,也就进入不到你的眼睛,自然也不会亮了。
最后,黑洞“黑”简单认为是因为他没有“东西”可以出来让你看到,所以在你的视界了他是空的,所以“黑”,不代表它啥也没有。如同瞎子的视界里,整个宇宙都如黑洞一般黑一样,这是你“看到”的现象,不是代表黑洞本身的情况,黑洞的引力如同一只手,蒙蔽你的眼睛,让你无法获得其中的一切影像,所以对你而言他的影像是空白啥也没有,所以是黑的。但黑洞本身,是什么样的无从推测,反正在你的视界了那一块啥也观测不到,如同黑色的洞=黑洞
霍金有本书写过,靠近时的确看起来像是暂停了,永远到不了边界,但是最后会影像发红,变暗,慢慢光度减小消失。
你都说了黑洞的强大引力会束缚光,使光都不能逃逸,那我们该怎么看到黑洞边缘呢
我猜会的。你所谓的黑洞边缘,说的应该就是事件视界。接近视界到到达视界的过程会无限长。对观测者而言,光也会趋于停下来。
能看到亮是因为光进入你的眼睛,或者物体反射光源的光进入你的眼睛,黑洞那边光都被吸进去了根本出不来,怎么会亮

人掉进黑洞之后会得到永生吗?

从理论上来说,是的。

因为根据已知的黑洞理论来看,黑洞的时间是静止的,所以可以说人掉进去后就是永生的。巨型黑洞的话,拉面效应可以忽略,除了强大的辐射会弄死你以外,其他条件基本不对生存构成威胁。

从进入者的视角看,时空扭曲造成非常神奇的光学奇观,进入视界后,身后的一切都已灭亡,因为在视界边界处,主观时间与外界完全垂直,你过一瞬间,外面已然是永恒。之后不知道
从旁观者的角度看,进入者越来越红越来越暗越来越慢越来越远越来越小直至消失,因为从外部参考系来看,接近黑洞的时间与空间都是扭曲到无限的,所以人永远也不会真正进入黑洞。

当然,目前也没有作出这样的实验,所以一起只是纸上谈兵,未知中。

人掉进黑洞可能不会得到永生,但是潮汐的力量会把人四分五裂。

假如一个人在掉进黑洞时还尚有意识,而且也没有被潮汐的力量撕裂,那时候人在黑洞里也不会长生不老,因为人要活着,身体的细胞会新陈代谢,细胞不再新陈代谢就意味着一个人的死亡,等到一个人暮年之时,人体细胞的分裂速度就会减慢,新陈代谢减缓慢慢的人就会死亡。

在黑洞中,除非人已经死了,但如果活着细胞就会分裂与代谢,那暮年之时迟早要来,所以也就不会让人长生不老。

黑洞

霍金先生认为:当信息进入黑洞后,信息并不会被消灭,而是到达了另一个宇宙,所谓“平行宇宙”,这样想是不是好受点了?还能到到另一个宇宙,是不是还会出现另一个自己?会不会有外星人文明?然后捉到了你带你从黑洞回来攻打地球,然后拯救地球行动开始,卡!

要想掉入黑洞,首先得到达黑洞周围。但是,我上网查了一下

离我们地球最近的黑洞分别是3000光年、6000光年和8000光年。

光都要走3000年!人到了那儿,怕是要成灰,目前来看只能等以后的飞行器超出光速的范畴才有可能进行这个实验了,少年,信春哥得永生啊!

最后,有想象力是好事,希望你一直保持这份好奇心,未来就靠你了!

目前科学界上有两种说法,一种是永生,一种是烧为灰烬。

第一种:人被黑洞巨大的引力拉伸,整个身体会变长条形,就和面条一样。假如这个时候你还有意识,你会感觉到随着自己越靠近黑洞,周围的时间过的越慢,所有物体就和被凝固一样。这是由科学家根据现有的理论做出的推测之一。


第二种:人进入黑洞后会瞬间烧成成灰烬,这是根据量子力学的理论,黑洞的的引力使其洞口有一面并不太明显的火墙,因为它没有发光,因此我们看不见,但是一旦触碰到它,就会被燃烧殆尽。由于这个说法与等效性原理相冲突,因此这个说法的合理性有待讨论。

人如果活着进入黑洞,能实现时空穿越吗?你怎么看?

任何物体会在被吸进黑洞前就已经被撕碎了,所以人在进入黑洞的视界前就会被拉伸撕裂。在外界看来由于引力红移,他会以越来越缓慢、永无止境的过程跌向视界,同时也因为引力红移,光子的波长也被不断拉伸,理论上接近视界时我们就几乎无法观测到那里发生的事了。

黑洞:演变到最后阶段的恒星。由中子星进一步收缩而成,有巨大的引力场,使得它所发射的任何电磁波都无法向外传播,变成看不见的孤立天体,人们只能通过引力作用确定它的存在,所以叫作黑洞。也叫坍缩星。根据广义相对论,时空会在引力场作用下弯曲,而我们在地球上,由于引力场作用很小,时空的扭曲是基本没有的。

因此在黑洞周围的时空因重力场作用弯曲,越接近黑洞的中心(奇点)引力越大。随着逐渐深入黑洞,时空变得更加扭曲,直到抵达黑洞的奇点,在这里,时空的扭曲达到无限的程度,此时空间和时间将不再有意义,我们所知道的,基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。

在被吸进黑洞前

任何物体就已被撕碎了,因此人在进入黑洞的视界前就会被拉伸撕裂。在外界看来由于引力红移,他会以越来越缓慢、永无止境的过程跌向视界,同时也因引力红移,光子的波长也被不断拉伸,理论上接近视界时我们就基本无法观测到那里发生的事了。

假设人类进入奇点

假如人类真的进入到黑洞的奇点后还不被强大引力所撕碎,那被吸进奇点后目前则有三种可能。

1.或许进入平行宇宙(进入到一个更高的空间维度)。

2.或穿越了时间去到未来(外界看来黑洞内部时间会停止,因此进入黑洞不久后就出来了,可在外界却过去至少几十年了)

3.还有可能从另一个白洞被“吐”出来。

黑洞可能通往四维、五维世界或更高维度的平行世界,也有可能跨越时间通向未来,还有很多的可能性。

不可以,根本没有得到任何的证据可以证明这些也没有得到任何的依据可以去执行。所以不可能实现。
人如果活着进入黑洞的话,是可以实现时空穿越的。现在大家对黑洞并不是特别了解,所以我认为黑洞是可以实现时空穿越的。
不能,因为黑洞中会有很多不确定的因素,也有可能会让你丢掉性命。
文章标题: 落入黑洞的人,在外界看来越来越慢永不会掉进去。那黑洞又是怎么通过吸积盘来吞噬外界物质的呢
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