早又是中秋佳節
目前為止,一切與黑洞相關的“時空”言論都是通過“光”來進行假設與猜想。
但往往忽略了光通過肉眼映射的畫面在這種問題是最存在欺騙性的。
所有的科學家、科幻小說等等等等,把這一切都虛構的很完美,但都不約而同的用了與“光”相關的證據來證明。
首先,時間是什麼?
時間就是時間,是用來記錄過程發生的測量工具。
而光是什麼?光速又是什麼?
我想這兩種大家經過九年義務教育都基本可以回答得上來。
那麼,當光以“年”的時間單位以光速三者結合在一起,誕生了一種新的距離單位,叫做光年。
但如果分開來說,兩者有必要的聯繫嗎?
首先,我們應該確認一點:
物體接近光速運動會產生“鐘慢”和“尺縮”的效應,以光速運動會出現“鐘停”和“尺消”的效應,而超光速則會發生“鍾倒”和“尺脹”的效應。
簡單來說:
如果我們以光速運動,看到的就會一直是一個時刻的光,自身感覺好象時間停止了,其實時間還是照常流逝。如果超光速運動,就可以追上以前發出的光,從而看到從前的東西。但這只是一個視效應,是主觀感覺,而不是客觀事實。即便我們通過超光速運動看到了以前,這也只不過是看見從前,不是回到從前,我們不可能對看到的以前的一切作任何改變。
時間是一根單向軸,不能倒轉也不能停滯。
再通過“科學”來解析:
光是物質,時間是生物都普遍存在的一種概念。
兩者根本就不是同一個東西。
於是,憑什麼說僅僅只是因為我們通過肉眼看到了光被黑洞扭曲了,就證明時間被扭曲了?
鹿與紅茶
理論上,如果人在黑洞之中,他所經歷的時間會出現非常奇特的變化。根據廣義相對論,引力會導致時間膨脹效應,在引力場越強的地方,時間相對過得越慢。例如,由於地心引力的作用,地球表面的時鐘走得要比無窮遠的時鐘更慢,每年會變慢大約22毫秒。由於地球引力場還不夠強大,不足以造成明顯的引力時間膨脹效應,但黑洞就不一樣了。
黑洞沒有實體,物質都在中心的奇點中,這個奇點被強烈彎曲的時空所覆蓋。在距離黑洞表面越近的地方,引力場將會大幅增強,而引力時間膨脹效應也會變得非常顯著。越靠近黑洞表面,那裡的時間會比地球上過得越慢。在電影《星際穿越》中,由於米勒行星足夠靠近黑洞,使得那裡的時間過一小時,而地球上要過7年。
當到達黑洞表面之後,那裡的時間流逝速率趨於停止。那裡的時間哪怕是過一分鐘,地球上或者說黑洞外部的時間將會過去無窮久的時間。這意味著如果有人落向黑洞,遠處的觀察者永遠也不會看到那個人穿過黑洞表面,他會看到那個人永遠停滯在黑洞表面。隨著時間的推移,落入黑洞的人發出的圖像將會發生紅移,直至無窮久時間後消失。
而到了黑洞內部,由於黑洞極端扭曲時間和空間,使得時間和空間的座標發生互換。在距離奇點“相同距離”的地方不再表示相同距離,而是表示相同時間。黑洞裡面的時間具有方向性,並且是指向奇點。由於時間會向前流逝,所以從某種意義上來說,時間把進入黑洞的人拉向了時間的終點——奇點。
火星一號
這個真的很難衡量,但在黑洞裡“天上一日,人間一年”真的不假,甚至還要誇張的很多很多。
很多人會奇怪,為什麼黑洞中時間會變慢?
我們知道,黑洞是可以讓時空彎曲的,在黑洞裡,這種彎曲更是到了“變態”級別:拉彎拉長,毫無底線。
我們認知意義上的一條1米長的直線,在黑洞,這條直線依然是直線,但此時你如果站在黑洞之外能看到,那這條直線“彎”了,甚至在可能完成了一個圈圈。而且更奇怪的是,這條1米的直線,可能已經扯得有10米長了。
看懂了這個,你就知道,為什麼光速沒變,卻再也逃不出黑洞了。
話回正題,這種時空扭曲又跟時間變慢有什麼關係呢?
黑洞將原來的時空拉“長”,如果按照愛因斯坦的說法,真空光速不變。此時,光在黑洞中需要花更多的時間,才能走過原來的距離,你看,時間真的變慢了,如果這個距離被無限拉長,時間就被拉得接近於永恆。
這就是引力對時間產生的影響。
實際上我們的地球對時空也有彎曲效應,但這種效應十分的微小,比如說,國際空間站上的時間實際上比地球表面時間是慢一點的,一百年的時間可能要慢0.9秒的樣子。
所以,在電影《星際穿越》中,庫伯從“黑洞”中轉了一圈回來之後,自己的女兒已經垂垂老矣的情況,完全是符合科學原理的。
科學重口味
不用等一小時,當這個可憐人在到達黑洞邊界的那一刻,時間就已永恆。無論他自身是過了一秒還是一分鐘,外部世界早已流逝無窮久的時間。
其實這個提問就是典型的廣義相對論問題
愛因斯坦將時空幾何化,黑洞作為一種極端天體,它周邊的時空將極度彎曲,彎曲到連光也逃不出,當然了這個周邊也是有範圍的,我們將其稱為事件視界。
對於最簡單的史瓦西黑洞,我們有公式可以計算這個時間膨脹程度:
其中r就是離黑洞中心的距離,可以發現r越小,時間數值越小。直到r等於事件視界的半徑,此時時間已經變為零,也就是開頭那段描述的場景。
當然了,人是不可能安然越過事件視界的,強大的潮汐力早就將其銷燬。額外說一句:在相對論的框架下,對於事件視界內部的情況,我們是無法得知的 ,因為連光都無法逃脫。
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賽先生科普
答:你在黑洞中的一秒鐘,外面可能已是滄海桑田,就如《三體》中,程心掉入死線的十六天,外面已經過了一千八百九十萬年。
這就是相對論無情的地方,對於史瓦西黑洞,視界外的時間流逝,可以由以下近似公式進行估算:
我們就假設太陽質量大的黑洞,太陽的史瓦西半徑為2952米。
然後在距離視界10米的地方(視界外):
Δt≈0.058Δt’;
然後隨著接近視界,相對於外面的時間將逐漸減慢,在視界處的時間接近於停止。
最終還是會穿越視界,一旦穿越了視界,裡面的情況就和外面完全不一樣了。
廣義相對論描述到:視界內,四維時空被極度扭曲,空間緯度被無限擠壓,裡面的物質不是被引力推向奇點,而是被時間推向奇點,視界指向奇點的方向,正是“時間之矢”,奇點的時間趨向於無窮遠的未來。黑洞內的一小時,可能是地球上的1萬年,一千萬年,一百億年,甚至更長。
所以,談論黑洞內部的時間,意義不大!起碼在目前的理論體系下,我們還沒有能力去討論黑洞內部的情況,這個發散時間的結果,很讓人難受。
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艾伯史密斯
這個問題需要有一定的前提,黑洞的引力,還有距離黑洞到底有多遠。提問者的問題表達看起來有些不嚴謹,沒有人知道在黑洞中會發生什麼,那裡的一切都完全顛覆了我們熟知的大自然法則!
根據愛因斯坦的廣義相對論,強大的引力場會讓時間變慢。黑洞邊緣存在著“事件視界”,一旦越過事件視界,一切的一切都再也無法逃脫,包括光線和信息也逃不掉!
理論上,越是靠近事件視界,事件流逝的就越慢,當到達這個界線時,時間戛然而止,一切都永恆靜止!
不過,這裡強調一下,所謂的時間停止只是外界看到的情景,比如甲在遠處觀看乙靠近事件視界的過程,當乙到達時間視界時,甲會看到乙的時間停止了,但乙本人感受到的時間流逝速度並沒有變化!時間變慢只是相對的!
所以說,如果你在黑洞附近溜達一圈,然後再回到地球,你會發現的父母或早已不在人間,你兒時的玩伴早已變成老頭!這一點在科幻電影《星際穿越》中提現的淋漓盡致!
當然,如果你在黑洞附近停留一小時,地球上的時間究竟過去多久呢?這取決於你距離黑洞事件視界的遠近。如果你無限靠近事件視界,而假設這時的你能看到地球上發生的一切,你會看到地球上發生的事就像是在“快進中的電影畫面”一樣,在你眼前飛速上演著!
宇宙探索
如果一個人在黑洞中過了一小時,那麼地球上過了多久?
這是一個比較好玩的問題,為滿足各位好奇心,咱們就不把尚未進入視界前這個人就早已黑洞超強的引力撕裂成原子狀態這個殘酷的事實告訴大家了....假設有一個極為堅固的外殼將者個人保護並且在視界內可以重新逃逸出來,要不然這個假設就不成立了!
如果真的能在黑洞中呆上一會,也許地球已經滄桑鉅變,連文明都有可能已經改換門庭了,甚至宇宙都已經不在了!黑洞視界內是一種非常奇特的存在,所有的對於三維空間的除了質量、電荷與角動量等這些描述之外,至於時間則是“不存在的”,也許我們難以理解這種模式,在這裡必須引入廣義相對論裡引力與時間的關係:
在黑洞內觀測者所在位置與史瓦希半徑是一致的,那麼上圖的公式中t0將毫無疑問的得出時間為0,對於外部觀測者來說,他已經永生了....
因此無論他在黑洞中呆多久,對於外部觀測者來說都是一樣的,外部觀測者也許永遠都等不到他出來的那一刻!
星辰大海路上的種花家
答:對於這個問題沒有確定的數字答案,地球上可能經過千年滄海桑田,但是可能黑洞中那個人一秒鐘都沒經歷過。
黑洞是廣義相對論中的特殊天體,本體中涉及的主要理論也是廣義相對論的時間膨脹效應。與狹義相對論不同的是,這裡是因為引力(或者是時空彎曲)導致的時間流逝速度變慢。以下是廣義相對論的時間膨脹公式:
如果真的有這樣一個人奔著黑洞而去,那麼他會在逐漸接近黑洞的過程中被巨大的引力拉扯,吞噬分解成粒子。當這堆粒子接觸到黑洞視界的那一刻,預示著它的時間的停止,也就是說時間對於這堆粒子來說已經不存在了,地球的時間對於它來說是飛逝,可能像看電影一樣的快進,所以開頭說這個人在黑洞裡待不了一個小時,因為時間停止流逝了不存在了,在我們眼中他就是永生了。但是對於他自己來說並不會有時間靜止的意識。
關於黑洞巨大的引力導致的時間膨脹效應,在《星際穿越》中出現過,男主角去繞黑洞公轉的行星執行任務,在回來的時候給他的黑人夥伴頭髮都白了。這就是引力導致的時間膨脹效應,我們在生活中能接觸到的就是平常用的導航,導航衛星就需要計算出膨脹時間的差值再調整。
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科學黑洞
由於黑洞缺乏足夠的實測數據,我只能通過間接估算,給出我對黑洞的理解。
黑洞有超大質量,可推想其平均質量密度ρh約為太陽1400kg/m³的400萬倍,即560萬噸/米³,寫成ρh=5.6e9kg/m³。
現在估計中子n的質量密度。可求得中子半徑Rn=2.1e-16m,比電子半徑Re=2.82e-15m小10倍,這裡只關心數量級關係。
中子體積Vn=(4/3)πRn³=3.9e-47m³,其質量Mn=1.73e-27kg,由此得中子密度ρn=Mn/Vn=1.73e-27/3.9e-47=4.4e19kg/m³。
再來估計黑洞的體積Vh。已知銀河系黑洞的質密ρh=5.6e9kg/m³,而質量Mh=8e36kg,故其體積Vh=Mh/ρh=8e36/5.6e9=1.4e27m³。
求半徑按Rh³=1.4e27/(0.75π)=600e24,得黑洞的半徑Rh=8.4e5km=84萬千米,比太陽半徑約69萬千米,大不了多少。
氫原子體積=(4/3)π(5.3e-11)³=6.2e-31m³,密度ρH=1.73e-27/6.2e-31=2.8e3kg/m³。
黑洞的質密ρh=5.6e9kg/m³,比氫原子密度大200萬倍,比中子質密4.4e19小10個數量級。黑洞內部物質不可能是中子湯(soup)。
最後給出我的看法:黑洞內部不一定都是中子,不排除:核外電子軌道縮小1萬倍,電子繞核速度加快,從常規0.001c加速到0.1~0.9c。
良心警示:絕對空間參照系是唯一可靠的物理公理,質能轉換方程的推導錯在偷換參照系而違背同一律(請反思推導過程),引力場方程的推導錯在否定宇宙真空場(即宇宙常數項)。時空彎曲論與物理定律失效論,無法證實,純屬胡扯。
原道童子
在靠近黑洞時,由於這個人穿得是宇宙超級無敵鎧甲,所以沒有被黑洞無可匹敵的引力給拉成麵條狀,這時,這個人慢慢的向著黑洞方向靠近。
這個人會看到黑洞的吸積過程,黑洞聚攏著周圍的氣體或者物質,這個過程中釋放出大量的高溫輻射,這就要求這個人的鎧甲不僅要堅固無比,還得耐高溫、耐輻射。
快要接近黑洞的事件邊界了,黑洞是沒有實體的,這個事件邊界內的區域,都可以稱它為黑洞,只要一步踏進去,就別想出來了,就連這個宇宙中跑得最快的光都不行。
這個人的鎧甲正在承受著無與倫比的壓力,頭部與腳部的重力差異越來越大,極力的想抗衡著引力把這個人拉成意大利麵條,同時吧,鎧甲還得承受著大量的X射線,有人說在真正進入黑洞內部時會經過一個“火牆”,這個火牆會把一切進入其中的物質烤得“焦焦的”。
這個人憑藉著無與倫比的鎧甲終於跨過了事件邊界,進入到黑洞視界內部,此時,他透過黑洞邊界向外界看,如果他可以看到的話,那麼他將看到的景象就像他的鎧甲一樣,是無與倫比的震撼。
外面的事物,外面的一切飛速的演化著,恆星剛剛誕生,就已經快要毀滅了,就像在看一部被放快了無數倍的電影一樣,很快的就看到了宇宙的結局,此刻,這個人才明白,他的這一刻便是永恆,而對於外面的世界來講,便是滄海桑田。