如果掉入黑洞内部,我们会看到什么
黑洞的质量越大,它的"密度"就越小,从它的引力将你的身体撕裂的角度来看,它的危险性就越小。这是因为根据方程,史瓦西半径随着质量的翻倍而翻倍。如果半径翻倍,那么体积会成比例地增加八倍。因此,随着事件视界变大,密度会降低很多。质量非常大的黑洞,例如我们银河系中心的黑洞,其密度与水的密度大致相同。
如果我们想进入一个黑洞,应该选择质量大的黑洞。如果黑洞的质量只有我们太阳的几倍,那么在你到达事件视界之前你就会被撕裂或意大利面化,因为引力在你头部和脚的差别非常大。最近,科学家公布了银河系中心黑洞人马座A*的照片,如果我们想进入黑洞,那么该黑洞是最好的选择。
如果乘坐曲速飞船,以9000倍光速的曲速飞行,我们需要三年时间才能到达那里。当我们到达时,我们"看到"它的事件视界直径约为2400万公里,约为太阳直径的 17 倍。为简单起见,我们假设人马座 A*是一个不旋转的不带电黑洞,这也被称为史瓦西黑洞。
我们船员团队有一名非常勇敢的人张三,他自愿进入黑洞,而我们其他人则在安全距离之外观看。顺便说一句,张三的宇航服是由一种超强且不受高能辐射影响的未来主义材料制成的。随着张三越来越接近视界,我们注意到他刚开始加快了速度,然后发生了一些奇怪的事情,他开始放慢了速度,他的宇航服似乎变得越来越红越来越暗,直到他从我们的视野中消失。
他还在那里,但是从他身上反射回来的光是如此的红移,以至于我们的红外摄像机都看不到它。但是,如果我们有一些未来技术,可以让我们在接近事件视界的地方观察张三,他似乎是完全静止的。这是因为从我们的角度来看,在事件视界上时间完全停止了。这是由于爱因斯坦狭义相对论所定义的引力时间膨胀而产生的影响。
但从张三的角度来看,他的时间过得很好。但是当他接近视界时,他的移动速度越来越快,接近光速。事件视界似乎比他预期的要大得多,速度也快得多,因为空间的曲率在事件视界周围变得严重弯曲。空间是如此弯曲,以至于张三看到了外部宇宙的多个图像。随着他越来越接近黑洞,时空曲线弯曲得越来越严重。当他往回看时,所有到达他的光线都被蓝移了。事实上,随着他越来越接近视界,以前他看不到的红外光现在在可见光谱中。以前可见的光被蓝移为X射线甚至伽马射线,如果不是因为他那坚不可摧的宇航服,他早就被这种辐射烧成了灰烬。
当他进入视界内时,外部宇宙的视图仍然可见,而且他还可以看到一些已经落在他身后的宇宙部分。但他看不到落在他面前的光,他永远无法真正看到奇点,因为所有的光都朝向它。他随着超光速的时空流而坠落,但张三的时间就像在事件视界之外一样滴答作响。不过,他有一种非常奇怪的感觉,在黑洞里面,每个方向都感觉向下。即使抬头,也感觉像是在低头。时空如此剧烈地向奇点倾斜,以至于除了向奇点之外别无他处。
如果张三试图发射他的火箭回到他进入的事件视界,他实际上会更快地向奇点加速。空间在黑洞内部的性质表现得像时间,就像时间总是在我们的宇宙中向前移动一样,空间总是在事件视界内向奇点移动。
一旦张三到达奇点会发生什么?他会被撕成碎片。他将是一种由所有被粉碎的基本粒子制成的汤。曾经的张三,将与奇点合而为一。张三有什么办法可以逃脱这个可怕的命运?如果他的宇航服足够坚固的话,他实际上可能会在两种理论场景中幸存下来。
在第一种情况下,如果这个黑洞是一个被称为Reisner-Nordstrom黑洞的带电黑洞,那么这个数学将类似于一个旋转黑洞。在这种情况下,奇点将采取一维环的形状。这个旋转的奇点产生了如此高的离心力,它附近的空间变得排斥而不是吸引。旋转的奇点创造了一个内部视界,即虫洞或爱因斯坦-罗森桥。一旦你到达这个内部视界,你会看到一个无限明亮的光点,这是被排斥奇点反射的外部宇宙的图像,然后你会被弹射出去并穿过一个白洞。
而在第二种情况下,如果环量子引力理论是正确的,那么黑洞中就根本不存在奇点。这种情况与旋转的黑洞非常相似,只是不会有无限亮的光。张三将通过虫洞被传送到另一个宇宙。
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