跌入黑洞会发生什么? 壹读精选

 

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文丨星玫

2016 年 4 月 6 日,台裔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。
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。
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。
△ 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?)
△一脸呵呵的库珀


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。


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