被黑洞吸走的东西去哪里了呢?

白小金

这个问题无疑是诸多科幻迷最感兴趣的内容。抛开旧有常规观点,有科学家提出的最新看法是:

你将失去过去,并拥有无限未来,“永远活着”。

无论克里斯托弗·诺兰执导的科幻电影《星际穿越》,还是刘慈欣执笔的科幻小说《三体》,我们在无数作品中都或多或少地接触过黑洞。如果有人掉进黑洞,他将永远被吞噬?还是能够穿越时空,前往久远的过去或者神秘的未来?  

当今大多数物理学家都会告诉你,如果掉进黑洞,你的身体会被撕成碎片。

不过,已经有学者提出了新的看法,挑战了旧有理论。来自加利福尼亚大学伯克利分校的数学家皮特·欣茨认为,宇宙中可能存在着能够让人活下去的黑洞。只是,你可能会陷入奇怪的现实世界。  

这些黑洞会破坏你过去的生活,并把你抛到一个充满无限可能的未来的平行世界。

之所以会这样,是因为另一个世界中的宇宙不会受我们的因果规律支配。

研究人员表示,这样的结果就是,你可以“永远活着”。

皮特是在计算一个电荷进入特定类型黑洞的结果时发现了这个问题。  

在现实世界中,你的过去决定了你的未来,而这个决定论支配着物理定律。

这意味着宇宙的自然规律不允许存在超过一个可能的未来。

如果有科学家确切地知道宇宙是如何开始的,那么在理论上,他们就可以计算出在剩下的所有时间和空间中将会发生什么。

皮特博士发现,对于被称为“莱斯纳-诺德斯特洛姆度规(Reissner-Nordstrm-de Sitter)”的黑洞,这种决定论并不适用。

如果太空旅行者能够冒险进入这种相对温和的黑洞,他们有可能会幸存下来。  

这会让他们从我们的确定性世界步入一个非确定性的黑洞,从理论上讲,他们可能会从另一端出来。

如果他们能够避开黑洞内无限密集的奇点,他们可能会有幸出现在另一边的另一个宇宙中。

接下来会发生什么?谁也不知道。因为在非确定性的宇宙中,因果关系已经不存在了。

任何事物的一切结果都可能会同时存在。  

这种奇怪的现象是爱因斯坦广义相对论所描述的一个怪事。在过去的一个世纪里,科学家们一直以广义相对论为标准模型来解释引力作用。

加拿大滑铁卢大学物理与应用数学教授罗伯特·麦恩曾说,在物理学中,初始条件和物理定律通常应该能完全确定任何物理系统中会发生什么事情。

“然而广义相对论并不具备这个特征,即使你了解整个宇宙中物质和能量的初始分布,广义相对论的方程一般也无法预测时空的整个未来。”

皮特教授研究的是一种特定类型的非旋转黑洞,它们的视界内有一个所谓的柯西视界。

柯西视界可以说是决定论崩溃的地方,过去不再决定未来。  

物理学家们认为,没有观察者能够穿越柯西视界点,因为他们都会被毁灭。

有观点认为,随着观察者接近柯西视界,时间会变慢,因为时钟在强引力场中会变慢。

光、引力波以及任何其他接触到黑洞的物体都不可避免地向柯西视界倾斜,观察者也会向内部坠落,并最终将看到所有这些能量同时飞驰其中。

实际上,黑洞在宇宙的整个生命周期中所看到的所有能量都将同时冲击柯西视界,并使任何接近的观测者永久地覆灭。

不过,皮特博士在计算中发现,Reissner-Nordstrm-de Sitter黑洞可能是这种规则的一个例外。  

他表示:“没有哪个物理学家会进入黑洞去测量它,所以这是一个数学问题。但从这个角度来看,这使爱因斯坦的方程式在数学层面上更为有趣。这是一个只能从数学上研究的问题,但它具有物理的,甚至是哲学上的意义,这实在是件很酷的事情。爱因斯坦方程的一些精确解是非常平滑的,没有纽结,一切都完美地表现在这个柯西视界之外。一旦跨越那个界限,一切就都不好说了。”

皮特博士的计算之所以成立,是因为宇宙正在以越来越快的速度扩张。  

尽管时空越来越分散,但黑洞另一边的宇宙大部分都根本不会受到影响。

能量的传播速度无法超过光速,因此只有黑洞可观测视界内的物质和能量才能在其整个生命周期内被吸收。

在这种情况下,宇宙的膨胀将抵消由黑洞内部时间膨胀引起的放大效应,这种放大会导致所有的事情一股脑地涌向观察者。  

对于某些情况,例如在Reissner-Nordstrm-de Sitter黑洞中,这种时空的拉伸将完全消除时间膨胀,从而使旅行者能够毫发无损地通过。


大狗说

理论上,黑洞不像地球和太阳这样由原子组成的实体,也不像白矮星和中子星这样由简并物质组成的实体,黑洞是一种被极度弯曲的空无空间,在其中心有一个体积无限小的奇点,那里是黑洞的质量之源。之所以会形成黑洞这样的特殊天体,主要是因为大质量恒星的引力坍缩作用太强,在没有核聚变产生的辐射压支撑之后,它的重力强大到可以把原子中的亚原子粒子压碎,从而无法维持实体物质的存在。最终,这些物质都被挤入奇点中。

根据广义相对论的预言,黑洞内部的时间和空间坐标是相反的,时间流逝的方向指向中心的奇点。这意味着任何被黑洞吸收的物体都会不可避免地到达奇点,从而使黑洞的质量增加。

由于时间膨胀效应,在黑洞强引力场周围,物体在靠近黑洞的过程中将会出现奇特的现象。在物体下落过程中,外部观察者会看到物体的下落的速度变得越来越慢。直到它们到达黑洞的表面,物体看起来就会静止在那里,然后在无限的时间之后红移消失。不过,这种现象是参照系不同所引起的。对于物体本身,它们是实实在在地穿过黑洞表面,最终到达奇点,而不会静止在黑洞表面。

此外,如果黑洞是质量较小的恒星级黑洞,那么,物体将会在穿过黑洞表面之前被潮汐力撕碎成原子。而如果黑洞是质量较大的超大质量黑洞,那么,物体可以顺利穿过黑洞表面,但在靠近奇点时也会被潮汐力撕碎。但不管如何,物体都无法保持物质形态,最终的归宿都是黑洞的奇点。


火星一号

被黑洞吸走的东西,都进入到黑洞内部的奇点了。而且,物质结构被全部撕裂,大部分的粒子物理的守恒量都被破坏了。比如,重子数在黑洞内部就不守恒。你丢一个质子进黑洞,黑洞里不会多一个质子,而是把物质结构转为了时空结构。而且,这些被黑洞吸收的东西,最后大部分的信息都丢失,只剩下它的质量与电荷,以及角动量这三个参数遗留下来。比如你丢一个美女进入黑洞,黑洞不会记得这个美女的相貌——所以在这个意义上,黑洞吸收物质是一个信息丢失的过程。

当然,也有一些科学家认为黑洞吸收物质的时候,信息没有丢失,而是把信息存在黑洞的表面了——黑洞的表面有熵,也有信息。这是一个很奇特的想法,现在还不能证明这个想法到底对不对。因为我们现在还没有能力操纵一个黑洞,对它做实验。

黑洞在吸收物质的时候,在进入事件视界之前,还会发出引力波。所以,你提出的问题还应该考虑前期的引力波效应。




潇轩

吸走的东西,该吐出来的还是得吐出来。由于霍金辐射,黑洞会向外辐射能量,质量在一定范围内的黑洞,正在自行蒸发消失。(不是说连光都跑不出来吗?怎么还能有辐射?下文有回答)


可能大部分朋友对于黑洞的印象就是一个——“只进不出”,永远吃不饱,这个观点在上世纪七十年代左右,还是成立的。但是到了1974年,霍金自己提出了一个理论,他认为黑洞也会向外“吐”

不过这个想法并不是霍金先想到的,在此之前,贝肯斯坦将热力学的熵和黑洞表面积联系到一起。当时霍金是反对这个想法的,如果说表面积和熵有关,那么就说明黑洞存在温度,于是黑洞就会发出辐射,但黑洞是只进不出的,怎么可能会有辐射呢?

但是到了1974年,霍金考虑了量子效应之后,发现或许黑洞真的有辐射。

简单来讲,由于真空涨落的存在,黑洞附近产生的虚粒子对会受到弯曲时空的影响(也就是引力)——①可能这对粒子会被全吸进去;②或者其中一个被吸进去。


如果全吸进去,倒是没什么影响;重点是只有一个被吸进去呢?由于虚粒子对被分开,两者就不能相互湮灭,所以就得成为实粒子存在于宇宙,而唯一的可能是——虚反粒子在里面形成是实反粒子(被黑洞吸收,减少了黑洞质量),而实正粒子存在于外部空间

这一过程如同黑洞减少了自身质量,而向外“吐”出质量

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普

现代的黑洞理论是最不靠谱的理论,纯碎是臆想,这种理论与神学的天国论相似,进入天国极乐与进入黑洞穿越白洞走向多重宇宙平行宇宙等臆想论思维模式是相同的,这些如果拿来作为现代宇宙理论宣传,丢人现眼。大家想一下,人类生活的地球同样是天体中的天体,自然界的自然生存体,无论人类或与人类相似相近的其它生物,发现谁是只吃不吐,现代的黑洞吞食论连最起码的同化异化观点都没有,建立黑洞理论的人他的父母生育他是否一下就爆炸穿越出来呢?显然不是,现代许多理论细想起来都是一小部分人臆想创编忽悠广大平民,从相对论后大家可以去统计一下。

引力塌缩为黑洞纯碎是无知者创编的歪理,对引力是怎样产生的工作机制演化机制根本不懂,拿着牛顿质量引力论乱讲,用数学推论万物演化。恒星无论多大都不可能因自身引力塌缩为黑洞,成黑洞后连光都吞食掉,想来这些混帐理论越想越生气,拿着人类的钱干鬼活说鬼话,哪有只吃不吐的道理,真是天理难容,浪费了多少人的光阴与生命,黑洞理论是造过理论。


宇宙谱

我们印象中的黑洞,拥有着非常强大的引力,强大到可以把靠近它的所有物质都吸引进去,连光线也无法逃脱。在黑洞中那个奇点,是一个体积无限小,密度无限大,引力无限大,时空曲率也无限大的点。那么,当物质通过黑洞的视界落入那个“点”后,会发生什么呢?

关于这个问题,现在的物理学还无法给出一个确切的答案,因为在视界之后的世界中,其物理规律和我们的世界是不同的,在这里会发生什么事?是通往另外一个宇宙?还是一片空白归于虚无?还是像《星际穿越》那样跑到一个书架的背面在时间轴上跳跃?现在还没有有人能解释。

虽然没有准确的答案,好在黑洞还有质量,电荷,以及角动量这三个参数供我们研究,让我们可以依据当前现有的理论进行推测,当一个物体落入黑洞后,在跌入奇点的过程中,这个物体会因为具有体积,使得前后受到的引力大小是不同的,而且越靠近中心引力差越大,导致物体会被不断拉长,也可以称之为面条化,在无限靠近奇点的时刻,物体会完全失去体积,也就是失去维度并不可逆地消失于奇点。

但在这种“只吃不吐”的状态下,黑洞的质量只会不断的增加,但是现代物理学告诉我们,黑洞的事件视界表面面积与它黑洞的质量是成正比的,所以随着质量的增加视界表面面积也只能跟着增加,不能减少。但这似乎违背了热力学第二定律,因为,当物体落入黑洞后,它们的熵就会由此消失(所有关于这个物体的信息都不在存在),那么宇宙作为一个孤立系统,其中的熵就会减少。所以人们相信黑洞不会像貔貅那样只吃不吐的,必然会以某种方式释放出一些东西出来。斯蒂芬·威廉·霍金先生的成就——霍金辐射假说就是这么来的。引用一下网上的解释:

在黑洞外产生的虚粒子对,其中一个被吸引进去,而另一个逃逸的情况下。如果那个逃逸的粒子获得了能量,那么就不需要跟其相反的粒子湮灭,它可以逃逸到无限远。外界看起来就像黑洞在发射粒子一样。这个猜想中的辐射被称为“霍金辐射”。由于粒子是向外带去能量,所以它是吸收了一部分黑洞的能量,这样黑洞的质量也会渐渐变小,消失;同时它也向外带去信息,所以并不违反信息定律。

所以可以说黑洞并不是完全“黑”的。霍金辐射能够让黑洞失去质量,在黑洞演化的历史中,当黑洞损失的质量大于它增加的质量时,那么黑洞就会慢慢变小直到最终消失,即黑洞蒸发了。自然,落入黑洞那些物质也会随着黑洞的蒸发而完全的消失。

黑洞蒸发的速度与它的质量成反比,也就是说,质量越大的黑洞蒸发的速度越慢,一般大质量恒星死亡产生的黑洞寿命大约为10^66年,而一些星系中心那些超大质量黑洞(100万—100亿倍太阳质量)则可以存在10^90年以上(这是个超级大的数字),真正意义上的与天地同寿。

当然,还有一些观点认为黑洞是通往另一个世界的入口,进入黑洞后,会从“白洞”出来,到达另一个宇宙。但“白洞”目前还仅仅是一种理论模型,尚未被任何观测所证实。所以这种假说还是在科幻电影上看看比较好。这里就不详细讨论了。

最后啰嗦一点,关于黑洞内的引力奇点,以目前所知的物理定律是不适用的,包括那里的时间与空间。没人知道黑洞内部究竟发生了什么,我们只能从外界系统的看黑洞,可以观测的信息是黑洞吸入物质,霍金辐射,与之对应的是黑洞的质量,事件视界面积增加,减少以致最终消失。


清明的星空

黑洞就是无限时空里的一个漩涡!它只是把时空里的物质搅动一下!或者是从组一下,时空的物质不会因它而减少!就像火烧了木头,木头不见了,只剩下灰了一股风吹跑灰,而不代表组成木头的物质不存在了?自然用最简单方法创造了一切!只是这创造一切的方法还没有被人类掌握!


米粒29331981

这个问题问得好!我们一般认为黑洞的质量可以无限制地增大,但是实际情况不是这样的:黑洞的质量只能占其所对应空间总质量的一个比例,多了或少了,它都会移动,在移动过程中释放或吸收……


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