黑洞不是传说中的宇宙真空吸尘器,但你还会陷入其中吗?你会怎么样?这个问题的答案取决于你问谁(多亏了量子引力)。
黑洞是空间中的一个区域,那里的引力十分强大,以至于连光都无法逃逸。正如我们在前一集讨论到,黑洞可能是恒星死亡的结果。一旦一颗恒星耗尽燃料来燃烧,并因此无法再通过辐射压力支撑自己,那么融合到这一点的金属层都会向中心坠落。恒星核心可以在超新星的产生过程中发生内爆,或者像更多的大质量恒星那样,崩溃形成一个黑洞。
如果没有质量的光子无法逃脱黑洞的束缚,那么我们当然也不能。但是如果你发现自己掉进了黑洞,你会遇到什么?由于爱因斯坦的广义相对论,一个帮助我们理解空间和时间在强大引力作用下的行为的框架,我们可以预测发生在我们身上的具体情况,而不必亲自经历。
答案令人惊讶,因为你会得到不同的答案,这取决于你问的是谁。你,作为亲自体验者,将经历一个与我作为外部观察者所看到的完全不同的现实。所以,如果我们不能达成一致,我们认为你会怎么样?
黑洞不是撒旦
首先,让我们澄清一个常见的误解。黑洞因吸食周围环境而声名狼藉,就像某种宇宙吸尘器。在现实中,黑洞的引力和普通恒星的引力是一样的——只是要强得多。
因此,天体可以很容易地停留在黑洞的轨道上,就像我们保持在太阳的轨道上一样,只要它们移动得足够快,就能平衡黑洞的引力。事实上,我们银河系中的数千亿颗恒星围绕着一个中心——超大质量黑洞,它的质量是我们的太阳有460万倍,挤在不到1亿英里的空间里(大约是地球和太阳之间的距离)。
如果我们被一次特别大的碰撞(想想这里的星系尺度,而不仅仅是来自小行星的一击)撞出了轨道,理论上我们可能会被送向银河系的中心黑洞,并通过无法逃脱的点。然而,这将需要一个相当重要的事件,所以我们有更多的事情要担心(比如当我们的太阳耗尽燃料时发生的事情)。
你很快就会像意大利面一样
对于较小的黑洞,像那些由塌陷的恒星形成的黑洞,引力的梯度是如此的陡峭(即重力随着你的接近而迅速变化),以至于你无法接近黑洞的周长。你脚上的引力会比你头上的引力强得多,以至于你很快就会像串奶酪一样被扯开。
然而,在一个更大的黑洞周围,你会有更多的时间去接近,然后再被撕成两半。事实上,如果有一个足够大的黑洞,你在宇宙中就会有所有的时间……
时间太慢了,你永远无法到达黑洞
当你接近黑洞时,你不会注意到时间的变化,但从局外人的角度来看,时间似乎变慢了,并最终为你停了下来。广义相对论解释说,在强大引力场的存在下,物体的传递时间会更慢,这一过程被称为时间膨胀,而且这种效应会增加你接近黑洞的距离。如果你看过电影星际穿越,你可能还记得一个场景,两个勇敢的探险家在黑洞附近的行星表面只花了几分钟时间,而呆在飞船上的宇航员则度过了40年的时光。
然而,你会间接地注意到这种影响,因为你会看到所有掉进黑洞的东西,然后你也会慢慢接近你下方的无返回点(称为“事件视界”),但永远也无法到达那里。
那么谁是对的呢?这一差异,其现实最终是正确的,是当前物理学研究中一个极具争议的领域。
问题在于将量子力学与广义相对论相结合,量子力学在原子等极小的空间尺度上描述了我们的宇宙,广义相对论则描述了我们的宇宙中存在着大量的物体。虽然这两种理论各自运作良好,但将两者结合起来的统一解释:通常称为量子引力,仍然难以捉摸。黑洞提供了一种罕见的环境,使这两种机制相遇:大量的物质聚集在一个非常小的空间里。
然而,有一件事我们都会达成一致,那就是你再也不会回来讲述你的故事了。正如时间只为我们前进,而空间是静止的,相反的就会变成你的实相。时间会静止不动,但你将无法下火车,把你带到越来越远的巨大的黑色野兽(即黑洞)。