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黑洞真的是吞噬了物体吗?

作者:时间:2016-12-20点击数:

黑洞真的是吞噬了物体吗?

短回答:会,也不会,取决于你从什么地方观察。

如果你感到困惑,请看长回答。

有一天,猫在太空中追逐老鼠(这是两只可以在太空中飞行的神奇动物)。老鼠走投无路,一头跳进了黑洞,而猫则留在远处观察。我们来看看在这一事件中,猫和老鼠分别会看到什么。

随着老鼠靠近黑洞,引力越来越强,而且引力增加的梯度越来越大。到了一定距离,对小型的黑洞,老鼠头部受到的引力远远大于尾部。巨大的引力差会把老鼠拉长。物理学家把这种现象叫做“面条化”(spaghettification,这个单词来源于spaghetti,意大利面)。而大型黑洞引力增加比较平缓,可以让老鼠安全的跳进去。

从猫的角度观察,老鼠向黑洞跌落的速度愈来愈慢,而且老鼠身上发出的光越来越红,原来越暗,最后渐渐消失。猫不会看见老鼠进入视界。这是因为,距离黑洞越近,引力越大。由于巨大引力场扭曲时空的效果,时间变慢,所以猫会观察到老鼠跌落的速度降低。对于光来说,变慢的时间降低它的频率。所以老鼠发出的光向低频方向移动。这种现象称为红移。

需要注意的是,红移和蓝移并不一定是光的颜色变红或变蓝,而是指频率变化。红移是频率降低,蓝移是频率增大。

猫能看到老鼠是因为来自老鼠身上的可见光。由于老鼠位置时间变慢,光频率降低,可见光红移成为红外线,微波,无线电波,最后频率降至无限低,我们就可认为光已经不存在了。不但猫的眼睛,任何观察仪器都看不到了。这时,在猫的时间线上,或者说在离黑洞足够远的整个宇宙中,老鼠仍然在缓慢跌落,直到最后停止在黑洞视界。从猫的角度来看,老鼠已经停止了。就算等到时间的尽头,老鼠也不会掉进视界。

从老鼠的角度来看,它不会感觉自己向黑洞跌落的过程有任何异常,就像从高处跌落地面一样。它清晰的知道自己穿过视界,进入黑洞内部。所以对于老鼠来说,穿过视界这一事件(event)必定发生,而对于黑洞外的猫来说,这一事件不会发生。这就是视界(event horizon)这一名字的来历:这是一个事件的边界,边界内发生的事件对于边界外的观察者来说,永远不会发生。

在穿过视界一瞬间,如果老鼠回头看的话,他会看到外面的宇宙迅速的发展,恒星耗尽燃料爆炸,银河系和仙女座星系碰撞,所有恒星熄灭,宇宙变得一片死寂。当然从技术上说,它看不到。从外部射进来的光会因为蓝移变成高频的伽马射线,不但无法辨认有效信息,还会把老鼠烤熟(可以认为它在短时间内接收到了宇宙无限长时间内发出的能量)。

最后,回到对问题的回答。

黑洞会吞噬物体,如果你是那个物体。

黑洞不会吞噬物体,如果你不是那个物体。

摘自——《科学松鼠会》

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