掉入黑洞之后发生的事情:听说可以看见未来?

掉入黑洞之后发生的事情:听说可以看见未来?

自广义相对论预言黑洞的存在以来,黑洞这种神秘天体一直是物理学前沿的研究热点。黑洞里究竟是什么样子?进入黑洞的物体真的再也出不来了吗?由于黑洞的奇妙性质,许多科学家和科幻作者进行了大胆的猜测,其中比较出名的是霍金在《时间简史》一书中曾提到一种猜测,或许黑洞会通过虫洞与一个白洞连接,穿过黑洞的物体会从宇宙另一个地方的白洞中出现。

(来源:麻省理工科技评论)

艺术家 Anish Kapoor 曾设计了一个名为“Descent into Limbo”的艺术品,通过涂有可以阻挡 99.8%的紫外线、可见光和红外线的涂料,给人一种“深不见底”的感觉。参观者可进入立方体房间,在房间的地板中央就是这一深 2.5 米的圆洞,这不禁让人联想到黑洞:即使传播速度最快的光也无法逃脱它的魔掌。

虽然这个展品与现实宇宙中的黑洞相差甚远,但小编还是借此机会来和大家脑补一下“现实中人掉进黑洞会发生什么”。

图 | 由艺术家 Anish Kapoor 所设计的 Descent into Limbo(1992)。(来源:波尔图当代艺术博物馆)

黑洞之旅

假设我们有一艘先进的飞船,可让你在有生之年进行一次黑洞之旅,在抵达黑洞附近后,映入你眼帘的应该是一个黝黑的洞,以及一些停滞在洞上方,不久前被吞噬的恒星的碎片图像。之所以说是图像,是因为黑洞所产生的引力会使由落入物体所发出的光线发生红移。从外界看,落入物体的运动会变得越来越慢,最终停滞在视界上方,慢慢变红,变暗,直至消失(观测时间足够长)。那个黝黑的洞的边界便是黑洞的视界,也就是黑洞内光也无法逃出的领域,整个洞真的是漆黑一片,活像是偌大的宇宙在此处被人揭去了一块。

此时,你穿上了特制的航空服,纵身一跃,决定到视界一探究竟。在下落过程中,你身体的不同部位会因相对黑洞中心的朝向而受到不同的引力作用,你会看到周围光线被扭曲地不成样子,黑洞外部的景色也因此变的一塌糊涂,你的移动速度也会越来越快,虽然速度的概念已没有了意义,而你也不能感知到“速度”的变化。随着你逐渐接近视界,你的双眼所能捕捉到的光线会越来越少,你会感觉周围变的越来越黑,而最终当你抵达视界时,你的眼前将是一片黑暗。

对于黑洞外的世界来说,此时的你若不在进入视界前选择离开黑洞(假设航天服威力强大),一切便已成定局,因为你将就此一直向黑洞中心坠落,直至到达奇点,并很可能在这一过程中被引力撕碎(物体在黑洞内各部位受力差异过大,特制航天服也没用了,场景类似于被捕获的恒星在被撕裂后会被引力拉成一根弯曲的“面条”)。虽然在这一过程中你将可能有机会亲身体会一波各种现代物理学理论的崩塌,但说实话,那会儿的你应该并不会太在意这些事儿,因为你即将迎来自身生命的终结,也就是死亡。

(来源:麻省理工科技评论)

但其实你究竟何时会死取决于黑洞的大小,你身体各部位在黑洞内受到的引力大小有所不同的现象被物理学家们称为“潮汐力 (tidal force)”,源于由极端引力所引起的时空扭曲。这种潮汐力的大小与(M/r^3)成正比(此处 M 为黑洞质量,r 为黑洞半径),也就是说黑洞的半径约大,你的存活几率也就越大。所以从理论上来说,如果黑洞的半径足够大,进入黑洞的人便能活着(不借助超级航天服)进入黑洞视界,但最终此人还是会抵达奇点,并在从视界到奇点的这段路程中丧命,不同的只是丧命的时间(以掉入黑洞之人本身为参考系)。

那么,飞船上的人会看到什么?

正如之前所提到的,由于红移的关系(你可从另一个角度理解为是光子的逃逸时间有限,最终不敌奇点所造成的时空扭曲而无法逃出),飞船上的人所看到你在坠落过程中会变得越来越慢,逐渐变红并变得越来越暗,并在你的影像于视界上消失前就已返航。

关于相对论的遐想——短暂的“永生”?不存在的

虽然相对论认为掉入黑洞的你所经历的时间相对外界来说会随着你逐渐接近奇点而变得无限长,但对你来说抵达奇点终究也只是个时间问题(以你自身为坐标系的时间),你终将会抵达奇点,并在抵达前被撕得粉碎。因此即便对外界来说你的坠落过程持续了很久,对你来说也没有意义。

这里会有人问,既然外界的时间相对于掉入黑洞的人的时间会变得越来越短,掉入黑洞的人是否有机会看到“未来(相对于黑洞外的人)”呢?

因为,就像外部观察者在观察坠入黑洞的物体时所看到的图像取决于光线从物体上被放出后经历了什么一样,内部观察者所看到的外部景象取决于光线在被内部观察者接收前经历了什么,而这取决于黑洞周围和内部的实际情况。

有人认为在某些黑洞内,活着进入视界的人如果向后看便能看到在他之后所有进入黑洞的物体,向前看则能看到所有在他之前进入黑洞的物体,但问题在于,目前我们尚无一套成熟的理论能够描述黑洞内部的情况,就像之前所提到过的,任何已知的物理法则都将在黑洞内失效。没人真的地知道在那儿到底会发生什么,所以我们今天所谈及的一切还都只是一种“猜想”,并非“有依据的事实”。