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南宋锦衣卫 当我们掉进黑洞时,会有什么神奇的事情发生萍分石色

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发表于 2019-6-11 13:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
这是写在帖子头部的内容



当一个质量充足大的恒星竣事生命,大概两个充足大的恒星残骸合并时,黑洞就诞生了!它的事务视界与其质量成反比,四周有一个不竭收缩的物资吸积盘。(欧洲航天局/哈勃,欧洲南方天文台,M. 科恩梅塞尔)重力和时候跟我们设想的很纷歧样,让我们看看这一切会若何竣事。
假如只能晓得一个关于宇宙的题目标答案,我们会问什么?我们最想晓得什么?随着年龄的增加,大大都人都疏忽了我们儿时想晓得题目标答案的心情,这就是为什么我很兴奋收到埃里克·厄布的消息的缘由,信中提到了他二年级的儿子特里斯坦从班里带回家的十个题目。激起特里斯坦的猎奇心的是其中两个最大的谜团——重力和时候。我适才问了他,把他想晓得答案的两个题目归结为:

  • 当我们掉进黑洞时会发生什么?
  • 为什么我们会遭到重力的感化?重力是若何感化于我们的?
让我们重头起头,确保可以获得一切题目标答案。




图解:普通物资会被地球阻挡,但暗物资会间接穿过地球,构成一个近乎完善的椭圆。这是任何系统城市履历的成果,假如唯一感化在暗物资上的力是引力,那末其他感化力都可以被疏忽。(来自DAVE GOLDBER- ASK A MATHEMATICIAN/ASK A PHYSICIST)
我们首先要意想到的是,只要我们还在这个宇宙中,而且没有遭到外力的感化,我们就“自在”了。我指的不是在某些法令某人权意义上的自在,而是不受任何外力鞭策或拉动的自在。我们可以设想自己是一个在太空中自在漂泊的航天员:没有空中的支持,蒙受不到空气份子的撞碰,没有椅子可以坐,也没有其他人的触碰,我们在宇宙中是自在的。虽然我们并不会经常这么想,但这也意味着我们被地心引力随意地推来推去。




图解:美国宇航局宇航员布鲁斯·麦克坎德利斯 (Bruce Mcccandless) 在 STS-41-B 号上停止了有史以来最长的不受约束的太空行走。在不受外力的感化下,他便可以做自在落体活动; 他体验了纯洁的“自在”,除了重力之外没有受其他力的影响。(图源:美国航天局)
固然,虽然我们能够感受不到,但重力总是在拉扯着我们。你会以为重力是我们在地球概况感遭到的力吗?不,那些是已经与重力平衡的力,比如椅子,空中或其他支持我们的平面带来的力。不斟酌这些力,重力就像在做自在落体时,瞬间失重的感受。大概可以描写为,现在我们只受重力的感化。
不外,宇宙中处处都是有质量的物体(质量体);地球、太阳是,宇宙中的一切天下,恒星和星系都是有质量的。发挥我们的设想力,空间不会是一个平面的网格,由于各类有质量的物体存在,空间会被扭曲。我们在重力的影响下穿越宇宙时,扭曲的部分将决议我们若何移动。




原本是空无一物的三维网格,由于质量的下放使原本是 "直线" 的工具变得曲折。在广义相对论中,我们将空间和时候视为是持续的,包括不限于质量的所无形式的能量城市致使时空曲折。 (图源:Christopher Vitale-Networkologie克里斯托弗·维泰)
重力就是终间由于质量 (和能量) 的存在而发生的曲折,以及对存在于该空间中的其他物体 (比如我们)发生的影响。固然,这个概念并不是原封不动。随着质量体在空间上移动,空间的结构不竭变化。地球绕太阳运转时,空间的扭曲水平会改变。太阳绕着星系移动时,空间的曲率会发生变化。随着恒星的构成、活跃、爆炸和灭亡,空间结构也在发生变化。
这是巨大的宇宙之舞的一部分,也是重力故事的一部分。陪伴着宇宙中发生的一系列活动,比如质量体的移动和变化,以及宇宙的收缩,空间的结构也在变化。重力永久是实在的,就似乎我们做自在落体一般,不竭拉扯着一切人。


该动画正确地展现出了时空若何响应质量的移动而移动,不可是一层结构,全部空间都因宇宙中物资的特征和能量而扭曲(Lucasvb卢卡斯波)
假如以充足的速度和正确的偏向从正确的位置移动,我们可以围绕宇宙中的任何质量体构成一个稳定的轨道。可是一不谨慎,就会落到我们试图绕轨道运转的质量体上。火箭的发射速度不敷,它会落回到地球。过于减慢一颗行星的环抱速度,它会掉向太阳。而减缓一颗绕轨道运转的恒星的速度,它就会掉落到星系的中心。而在最极真个情况下,假如我们的环抱活动出现误差,我们能够会掉进黑洞。黑洞是质量的极限:一个如此麋集、如此庞大、如此紧实的黑洞,一旦掉进去,什么都没法从中逃走。即使是宇宙的极限速度——光速,也逃不掉。




图解:在黑洞的事务视界之外极端扭曲的时空。随着我们间隔质量体的位置越来越近,空间会扭曲地加倍严重,终极在内部构成一个连光也逃不掉的地方,它被称为事务视界。(图源:PIXABAY用户,约翰内斯堡)
当我们接近黑洞的事务视界时,会发生一些有悖常理的工作,一旦超出它,工作只会变得更糟。所以说一旦打破阿谁看不见的屏障,我们就永久都没法逃走。
当我们阔别黑洞时,空间结构就不会那末扭曲了。究竟上,当我们阔别黑洞时,非论是与中子星、普通恒星,还是气体漫射云相比,它的引力与其他质量体没有什么不同。从远处看,我们只能猜测是质量体的存在,而不是它们的特征或散布致使了时空的扭曲。非论用什么物体来取代黑洞的位置,我们城市做自在落体。只是看起来与黑洞存在时的情况纷歧样。




图源:在银河系的布景中,黑洞表面是什么样子的。事务视界是任何光芒都逃不掉的黑暗地区。(SXS 团;BOHN等,2015)
随着与黑洞的间隔逐步收缩,我们会感应有些希奇:有一种气力在拉扯我们的身材。假如我们的脚比头更接近事务视界,我们会感遭到重新到脚的伸展,而两侧会被紧缩。这些都是潮汐力,也是致使地球陆地涨潮的力。只是,黑洞的潮汐力要强很多,我们离得越近,潮汐力带来的伸展和紧缩就会愈发严重。它会把我们拉得又细又长,直到我们酿成一根面条。科学家们用一个很是风趣的词来描写一个物体掉进黑洞时发生的工作——意面化!




图解:即使我们一路头是一个完善的球体,我们也会在向黑洞的偏向上被拉长,被紧缩到与它垂直的偏向上。物体中心的力将同即是平衡力,而阔别中心的分歧点将履历分歧的力。这是受“意面化”影响的成果。(图源:Krishnavedala- 维基同享资本)
我们将会看到令人沉迷的一幕。从悠远的地方望去,我们只会看到它四周的空间扭曲了,似乎这个质量体供给了一个庞大的宇宙透镜来扭曲它四周一切的光芒。但当我们全部武装,乘坐坚不成摧的宇宙飞船观光时,随着不竭接近黑洞,我们会发现一些希奇的现象。当我们与黑洞的间隔收缩到之前的两倍时,它的角直径似乎增大了两倍多。当我们再缩减一半间隔时,角直径似乎又变得更大了:酿成了最初的四倍多。
与我们熟知的其他物体分歧的是,空间有着难以置信的曲率,多亏这不成思议的时空曲率,致使黑洞的发展速度似乎比我们料想的要快很多。




图解:在广义相对论下,力可以拉伸和扭曲空间,从黑洞前面发出的光就会在它四周曲折,留下一个很大的黑市,与黑洞的事务视界相对应。(图源:Ute Kraus- 物理教育组,希尔德斯海姆大学)
简而言之,质量扭曲时空,但当我们越来越接近一个密度极大的质量体时,比如黑洞,空间的曲率就会越来越大,我们身上的潮汐力和意面化的结果就会增强,黑洞四周发出的光芒也被进一步曲折。与现实上的物理巨细相比,事务视界会显得加倍庞大。在宇宙布景中,悠远恒星的位置遭到了剧烈的扭曲变形,而且事务视界将起头占据我们的全部正面视野。




图解:当我们掉进黑洞或仅仅接近事务视界时,它的巨细和范围看起来比现实巨细大很多。对于一个处于内部的观察者来说,当我们掉入黑洞时,我们的信息会被印刻在事务视界上。今朝我们还不晓得,陪伴着黑洞的蒸发,这些信息会有怎样样的成果(图源:Andrew Hamilton /Jila-科罗拉多大学)
当我们间隔事务视界越来越近的时辰,它填满了我们眼前的一切。一旦超出,我们的命运就必定了。除了中心的奇点之外,没有几多能量可以让我们移动到别处了。在奇点上,我们会在几秒钟内被压成亚原子粒子。
不,我们还有救!
假如还没有超出事务视界,我们还可以进来。只要供给足以阔别事务视界的加速度,我们便可以逃离它的重力,回到平安的宇宙,阔别黑洞,回到趋近于平展的时空。引力传感器会告诉我们,在指向黑黑暗心的地方有一个明显的下降梯度,而在偏向相反的地方却仍然星光熠熠。


上述现象已经八九不离十了;需要夸大的是,当我们掉进黑洞的时辰,星光的色彩会变化。在重力的影响下空间会进一步扭曲,加速了落在视网膜上的光芒,使它们看起来更蓝。假如朝着事务视界进步,终极我们会看到,星光在死后会聚成一个光点,它在引力蓝移的感化下酿成蓝色。在跨越事务视界的最初一刻,光点由红变白,由白变蓝。这是我们掉进黑洞前对内部宇宙的最初一瞥,宇宙微波和射电布景在现在转化成了可见光。




图解:这将是任何人都能够看到的宇宙微波布景图,很是希奇、颇具异国情调:人生的最初时辰,掉落黑洞中心的奇点之前,引力蓝移的能量来历于我们死后的一个小点。(图源:E.Siegel)
最初……黑暗,虚无。在事务视界内,来自内部宇宙的光底子没法到达我们的飞船。我们试图启动引擎,可是现在不管我们做什么都是无勤奋。所见非真:不管往哪个偏向走,奇点城市在我们眼前。
这个严重扭曲的空间很希奇,实在我们看不到奇点。现实上,内部的光跟我们一路进入黑洞,超出我们眼前的事务视界,与我们不即不离。下面的视频展现了,假如来自内部宇宙的光陪伴着我们一路掉进黑洞会发生什么(我们将在视频的37秒处穿越事务视界)。
从超出黑洞的事务视界的那一刻起,只需要几秒钟我们就能被压成碎片。但在最大的黑洞中,我们有能够通向其他地方:一个白洞,另一个宇宙,大概一个被覆盖在事务视界以后的,我们难以设想的新空间。今朝,我们没法从内部获得任何关于事务视界内的信息,我们所具有的只要理论。
不外最好还是不要掉进黑洞,由于最能够的情况是被撕成碎片或被压扁。但假如你真的进去了,你将是唯一晓得它确切样子的人,是第一个摸索黑洞里面的奥秘的人。不外你能够不会想这样做,这可以说是明智的挑选。但在这个宇宙中,假如我们想成为这第一人,那末我们必须冒着一些风险去摸索。也许你,读到这篇文章的你,会成为第一个给出确切答案的人。
<h1>参考材料

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