先推荐大家看一个本书,霍金写的《时间简史》普及版,里面用很通俗易懂的方法把这些科学知识讲得很生动形象,很有意思。
很多人可能以为黑洞是一个黑色的洞,是,也不是。黑洞是根据广义相对论所推论、在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体和星体(并非是一般认知的“洞”概念)。 1、黑洞是怎么形成的? 黑洞是由质量足够大的恒星(比如太阳)在核聚变反应的燃料耗尽后,发生引力坍缩而形成。黑洞的质量是如此之大,它产生的引力场是如此之强,以致于大量可测物质和辐射都无法逃逸,就连传播速度极快的光子也逃逸不出来。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体,故名黑洞。
举个例子:当地球的大小不变,质量变大,那么它的引力就越大,我们就会感觉地球把我们吸在地球上,如果引力再大,大到把人压扁,甚至光都逃不出去,那么,地球就近似一个黑洞了。因为黑洞周围的光子都逃不出去,所以看上去就像一个黑色的无底洞。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。黑洞的外边缘叫做“事件视界”。*记住这个事件视界,对理解后面很有用。在事件视界上,引力与光速逃逸恰好可以抵消。在这一区域之外,光线还可以逃离;一旦越过事件视界,就无路可逃了。相当于黑洞的边缘。
事件视界是一层闪耀的能量墙。
视界上的量子效应会产生热粒子流,并向宇宙中辐射,这就是“霍金辐射”,以预言了这种现象的物理学家史蒂芬·霍金命名。只要有足够的时间,黑洞的质量会通过霍金辐射逐渐蒸发,最后消失。
2、人掉进黑洞会怎样?
在你进入黑洞的那一瞬间,现实就一分为二了。在一种场景中,你将瞬间化为灰烬,而在另一种场景下,你几乎毫发无损——这两种情形可能都是真实的。
也就是,你既活着,也死去了……
听起来很无厘头,但是确实就是这样的。
在黑洞里,我们已知的物理法则都不适用。根据爱因斯坦的理论,引力会使空间变形,发生弯折。所以如果有一个物体的密度足够大,那它周围的时空扭曲就会非常强,以致时空向内弯折,在原来的时空平面上钻出一个“洞”。
如果一个人从黑洞外面看正在黑洞的你,那么,从他的地方看去,是一幅奇异的景象。
随着你向事件视界加速飞去,他眼中的你被拉长和扭曲了,好像他在透过放大镜看你一样。
而且,你离视界越近,你在她眼中的移动就越慢。
到达事件视界的那一刻,你在他眼中的影像被冻结了,好像有人按了暂停键似的。你像张海报一样被贴在那儿,一动不动,沿着视界表面伸展,被越来越炽热的温度逐渐吞噬。
在他眼中,空间的伸展、时间的停止和霍金辐射产生的高热慢慢地把你抹除了。你还没踏进黑洞一步,就已经灰飞烟灭了。
但是,从你的视角看看这个残忍的画面。更奇怪的事情发生了:你什么事也没有。你会在这个宇宙中的“不祥之地”中滑行,连一点颠簸都没有,也没有拉长、减速或者高温辐射。这是因为你处于自由落体状态,所以你感觉不到自身的重量,爱因斯坦称之为“最让我愉悦的想法”。因为黑洞外的观察者看不到黑洞内的情况。 讲到这里,又要涉及到一个概念——奇点。
奇点,引力奇异点。也称时空奇异点。是一个体积无限小、密度无限大、引力无限大、时空曲率无限大的点,在这个点,目前所知的物理定律无法适用。如大爆炸之前的宇宙奇点。
广义相对论预言奇点存在于黑洞之内:任何恒星因引力坍缩至小于其史瓦西半径后会形成黑洞,产生一个被事件视界包围的奇点
如果一个黑洞足够大,你到达奇点前的余生都可以平安度过。
什么意思?
就是说,你被吸进了时空连续体的一个裂缝里,不情不愿地被引力控制着,再也不能回头了。
像不像时间于我们,我们再也回不到过去。
黑洞导致的时空扭曲极其强烈,以致视界内的时间与空间交换了彼此的角色。在某种程度上,把你拖向奇点的确实是时间。你无法转身逃离黑洞,就像无法回到过去一样。
所以根据物理学的不同理论,你既是黑洞外的一堆骨灰,也是黑洞里毫发未损的大活人。
所以,你既活着也是死去的。
但是还有一条同样重要的物理准则:信息不能被复制。你必须同时存在于两个地点,但同时你只能有一个。就像你无法穿越回有你存在的时空中。
不知怎么地,物理学就给了我们这样一个看似荒唐的结论。物理学家们把这个令人恼火的谜题叫做“黑洞信息悖论”。幸运的是,90年代他们终于找到了一个解决办法。
物理学家莱昂纳德·萨斯坎德意识到,根本不存在“悖论”一说,因为没有人能看到另一个版本的你。
你和另一个人都只能看到你的其中一种存在形式,你们俩不能像交换课堂笔记似的进行沟通。也没有第三个观察者能同时看到黑洞内外的情况。所以,量子物理和广义相对论都是对的。
黑洞也给我们启迪——真相根本不存在,真相取决于你问的是谁……像不像罗生门?这就是黑洞的美妙之处。黑洞不仅仅是太空旅行者讨厌的障碍,也是一个理论实验室,它能捕捉并放大物理学中极微小的缺陷,让它们无法被世人忽视。 是不是觉得科学也很有趣呢,不得不膜拜霍金老人家哇,厉害厉害。