站在黑洞視界邊緣的特定點,能否看到自己的背後?


理論上,如果有人處在黑洞事件視界之外的某個位置,他可以看到自己的背後。關於這個問題,我們先要來了解幾個概念。

首先,如果我們能夠看到自己的背後,這就意味著我們背後反射出的光進入了我們的眼睛。然而,光沿著直線傳播,那麼,人的背後所反射的光又如何會回到人的眼睛中呢?

這就要涉及到空間彎曲的概念。根據廣義相對論,空間會被有質量的物體所彎曲,並且曲率隨著物體質量的增加而變大。因此,如果光在物體附近經過時,它們就會沿著彎曲空間的測地線運動,從而出現偏轉。如果物體的質量越大,光越靠近物體的表面,出現偏轉的角度越大。對於這種現象,早已經得到了實驗的證實,最早可以追溯到1919年的日全食觀測實驗。

而對於黑洞這樣的極端天體,所有質量都集中在中心的引力奇點中,致使周圍空間被強烈彎曲。在與奇點相隔一定距離之內的空間中,光無法逃逸,由此可以推導出黑洞的半徑(史瓦西半徑)為:

r=2GM/c^2

其中r表示黑洞的史瓦西半徑,G表示萬有引力常數,M表示黑洞質量,c表示光速。

由於空間彎曲,在距離黑洞越近的地方,如果要繞著黑洞做圓周運動,所需的軌道速度越高。根據廣義相對論,在距離黑洞1.5倍史瓦西半徑的球形範圍中,繞著黑洞旋轉所需的速度達到了光速。空間彎曲到剛好可以使光繞著黑洞旋轉,光既不會落入黑洞,也不會逃離黑洞,這個範圍就被稱作光子層。

理論上,如果有人處在黑洞的光子層中,那麼,在其背後反射出的光將會繞著黑洞旋轉一週之後返回人的眼睛,所以他將會看到自己的背後。但這只是理論情況,由於光子層沒有厚度,並且它還會隨著黑洞的質量變化而改變,所以現實中很難會出現題主所說的情況。


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