被黑洞吸走的东西去哪了?科学家:不是“东西”了


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被黑洞吸走的东西去哪了?科学家:不是“东西”了


黑洞是宇宙中最可怕的存在 , 宇宙最高速的光都无法从漩涡中逃离 , 那么被吞噬的物质去哪里了 , 总不能凭空消失吧?
实际上 , 这些物质的确凭空消失了 , 它们经历了由“东西”到“不是东西”的过程 , 最后集中在黑洞的中心——奇点 。

光无法带着黑洞内的信息逃离出来 , 因此视界内漆黑一片 , 一无所知 。 内部到底是自成一界 , 还是宇宙跳跃的入口 , 或者是诺兰科幻大片《星际穿越》中无视时间的高纬空间 , 这都是毫无根据的天马行空 。

黑洞在尚未拍摄到之前 , 人类的理论早已“预言” 。 基于人类对宇宙万物客观规律的理解 , 内部情况尚能猜测一二 。 主要源于两点 , 黑洞的特性与物质的本质 。
黑洞的特点:引力超级大 , 光都能拐跑 , 这么说并不准确 。 实际上 , 光是“自愿的” , 并非是被吸引 , 因为引力不是“力” , 而是质量造成的时空效果 。
广义相对论的苹果落地
引力最早的版本(牛顿) , 物与物相互吸引 , 与质量和距离有关 , 所以地球能把苹果拽到地上 。
引力如今的版本(广义相对论) , 引力不是力 , 是时空扭曲 , 质量越大 , 体积越小曲率越大 。 而黑洞质量超级大 , 体积无限小 。

正确的顺序是这样的:时空中有了质量物体 , 使时空发生扭曲 。 另一个物体不受任何力的作用 , 匀速直线运动 , 进入扭曲时空之中 , 继续沿着时空中的最短路径前进 。
平直时空 , 两点之间直线最短 。 而在曲率不为零的时空之中 , 物体同样会自发地走最短路线 , 这个路线称之为测地线 , 可以理解为扭曲时空中的直线 。

(测地线是三维物体表面两个点间最短路线)
飞机或轮船从上海到纽约 , 我们感觉走的是直线 , 实际上地球是圆的 。 一般船只、飞机走的都是测地线(最短路径) , 即在地球上 , 过上海、纽约两点 , 以地心为圆心画圆 , 在这个大圆上找最短的距离 。
物体(不受任何力)沿着扭曲时空中的“直线”运动 , 在外面的人看来 , 物体就像是被吸引了 。 苹果在地球弯曲的时空中匀速直线运动 , 在外人看来是自由落地运动 。

图:黎曼几何与欧式几何中的直线
苹果落地的过程 , 在独立的时间与空间中是具备加速度的(g) , 但在广义相对论中 , 时间与空间为一体 , 称为时空 , 在四维时空之中(黎曼几何) , 苹果的速度其实是一个常矢量(也就是匀速直线运动) 。
物质进入黑洞的原因
因此引力其实是物质跑进黑洞的结果 , 而非物体跑进黑洞的原因 , 原因是黑洞的质量 , 这点非常重要 。 光和一切物质 , 只是自发的在黑洞质量造成的极度扭曲的时空中走最短路径 , 而这一切路径的终点都指向奇点 。

很多人这里就有疑问了 , 如果是这样的话 , 是否意味着我们都可以安然无恙进入黑洞走向奇点 , 而不会被撕碎或拉伸呢?其实 , 黑洞要比这“残暴”得多 , 因此黑洞内的曲率大到你难以想象 。 体验过车开180km/h , 然后急转弯吗?而且是那种地下停车库中的连续转弯 , 每一层的圈会越来越小 , 而黑洞比这要夸张得多 。
进入黑洞的会发生什么
较小的黑洞 , 一个人进去之后头岛脚每一处的时空曲率差别都极大 , 人体会瞬间“散架” 。 较大的黑洞中 , 刚进入 , 单位空间内时空曲率差异相对较小 , 只会把你拉得长长的 , 随着你不断深入 , 曲率差异会逐渐增大 , 结果和上面一样 。

很多人肯定又有疑问了 , 既然物体不受任何力 , 那么“散架”的原因是什么?仅仅因为不断地时空的“急转弯”?实际上尺度问题 , 高速公路上只要弯道足够长 , 哪怕掉个头都行 , 就像是环形立交桥 。 但你没办法直接横跨6车道调头 , 因为转弯距离不够 , 有惯性限制着车 , 同样物质微观世界也有组成物体所需的“惯性” 。

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