白小金
黑洞就像我國神話傳說中的饕餮怪獸,它只吃不吐,無論是任何物質,只要到了黑洞的附近就會被它吸引,進而被它吃掉,就連一秒鐘就能飛跑30萬公里的光子,只要走進黑洞的視覺邊界就別想再逃一出來,只能被其強大的引力場捕獲而葬身於此。
宇宙中所有的黑洞都在不斷的吸食物質,比如我們的銀河系中心黑洞,大約一千年左右時間就會吃掉一個太陽,那麼被黑洞吃掉的物資到底去了哪裡呢?其實準確來說還沒有誰知道具體情況,因為關於黑洞中的世界,我們還一無所知。
如果一般認為被黑洞吃掉的物質,基本上會永遠留存在黑洞中,雖然黑洞都有霍金輻射的蒸發現象,但是這種現象使黑洞損失的物質極其微弱,大質量黑洞經歷萬億年時間也不會被蒸發掉。另外隨著黑洞不斷的吸食物質,它的質量也會不斷的增大,這也說明進入黑洞的物質已經留存在黑洞之中。
那麼這些物質都留存到了哪裡呢?這個問題實際上就是討論黑洞裡面到底是什麼樣的景象了。一般認為黑洞的最深處有著一個彙集黑洞絕大多數物質和能量的奇點,它才是黑洞的真正實體,而我們所看到的黑洞,不過只是黑洞的視界體積,其實黑洞的視界體積是虛無的,奇點才是真實的,但是奇點到底是什麼樣子,沒有人清楚。
黑洞中的物質也不同於我們所看到的物質,因為他的巨大引力將中子都壓碎了,至少會壓縮成夸克態。
如果你身處黑洞之中,集合了絕大多數物質和能量的奇點是不是會很明亮呢?這麼想的話就錯了,因為所有的物質都會以光速射向奇點,而奇點卻不會向外發射物質,因此當我們看向奇點的時候是漆黑一片,看向黑洞的外圍時,由於光粒子等不斷湧入,所以會是一片光明。
科普大世界
理論上,黑洞不像地球和太陽這樣由原子組成的實體,也不像白矮星和中子星這樣由簡併物質組成的實體,黑洞是一種被極度彎曲的空無空間,在其中心有一個體積無限小的奇點,那裡是黑洞的質量之源。之所以會形成黑洞這樣的特殊天體,主要是因為大質量恆星的引力坍縮作用太強,在沒有核聚變產生的輻射壓支撐之後,它的重力強大到可以把原子中的亞原子粒子壓碎,從而無法維持實體物質的存在。最終,這些物質都被擠入奇點中。
根據廣義相對論的預言,黑洞內部的時間和空間座標是相反的,時間流逝的方向指向中心的奇點。這意味著任何被黑洞吸收的物體都會不可避免地到達奇點,從而使黑洞的質量增加。
由於時間膨脹效應,在黑洞強引力場周圍,物體在靠近黑洞的過程中將會出現奇特的現象。在物體下落過程中,外部觀察者會看到物體的下落的速度變得越來越慢。直到它們到達黑洞的表面,物體看起來就會靜止在那裡,然後在無限的時間之後紅移消失。不過,這種現象是參照系不同所引起的。對於物體本身,它們是實實在在地穿過黑洞表面,最終到達奇點,而不會靜止在黑洞表面。
此外,如果黑洞是質量較小的恆星級黑洞,那麼,物體將會在穿過黑洞表面之前被潮汐力撕碎成原子。而如果黑洞是質量較大的超大質量黑洞,那麼,物體可以順利穿過黑洞表面,但在靠近奇點時也會被潮汐力撕碎。但不管如何,物體都無法保持物質形態,最終的歸宿都是黑洞的奇點。
火星一號
被黑洞吸走的東西,都進入到黑洞內部的奇點了。而且,物質結構被全部撕裂,大部分的粒子物理的守恆量都被破壞了。比如,重子數在黑洞內部就不守恆。你丟一個質子進黑洞,黑洞裡不會多一個質子,而是把物質結構轉為了時空結構。而且,這些被黑洞吸收的東西,最後大部分的信息都丟失,只剩下它的質量與電荷,以及角動量這三個參數遺留下來。比如你丟一個美女進入黑洞,黑洞不會記得這個美女的相貌——所以在這個意義上,黑洞吸收物質是一個信息丟失的過程。
當然,也有一些科學家認為黑洞吸收物質的時候,信息沒有丟失,而是把信息存在黑洞的表面了——黑洞的表面有熵,也有信息。這是一個很奇特的想法,現在還不能證明這個想法到底對不對。因為我們現在還沒有能力操縱一個黑洞,對它做實驗。
黑洞在吸收物質的時候,在進入事件視界之前,還會發出引力波。所以,你提出的問題還應該考慮前期的引力波效應。
瀟軒
我們印象中的黑洞,擁有著非常強大的引力,強大到可以把靠近它的所有物質都吸引進去,連光線也無法逃脫。在黑洞中那個奇點,是一個體積無限小,密度無限大,引力無限大,時空曲率也無限大的點。那麼,當物質通過黑洞的視界落入那個“點”後,會發生什麼呢?
關於這個問題,現在的物理學還無法給出一個確切的答案,因為在視界之後的世界中,其物理規律和我們的世界是不同的,在這裡會發生什麼事?是通往另外一個宇宙?還是一片空白歸於虛無?還是像《星際穿越》那樣跑到一個書架的背面在時間軸上跳躍?現在還沒有有人能解釋。
但在這種“只吃不吐”的狀態下,黑洞的質量只會不斷的增加,但是現代物理學告訴我們,黑洞的事件視界表面面積與它黑洞的質量是成正比的,所以隨著質量的增加視界表面面積也只能跟著增加,不能減少。但這似乎違背了熱力學第二定律,因為,當物體落入黑洞後,它們的熵就會由此消失(所有關於這個物體的信息都不在存在),那麼宇宙作為一個孤立系統,其中的熵就會減少。所以人們相信黑洞不會像貔貅那樣只吃不吐的,必然會以某種方式釋放出一些東西出來。斯蒂芬·威廉·霍金先生的成就——霍金輻射假說就是這麼來的。引用一下網上的解釋:
在黑洞外產生的虛粒子對,其中一個被吸引進去,而另一個逃逸的情況下。如果那個逃逸的粒子獲得了能量,那麼就不需要跟其相反的粒子湮滅,它可以逃逸到無限遠。外界看起來就像黑洞在發射粒子一樣。這個猜想中的輻射被稱為“霍金輻射”。由於粒子是向外帶去能量,所以它是吸收了一部分黑洞的能量,這樣黑洞的質量也會漸漸變小,消失;同時它也向外帶去信息,所以並不違反信息定律。
所以可以說黑洞並不是完全“黑”的。霍金輻射能夠讓黑洞失去質量,在黑洞演化的歷史中,當黑洞損失的質量大於它增加的質量時,那麼黑洞就會慢慢變小直到最終消失,即黑洞蒸發了。自然,落入黑洞那些物質也會隨著黑洞的蒸發而完全的消失。
黑洞蒸發的速度與它的質量成反比,也就是說,質量越大的黑洞蒸發的速度越慢,一般大質量恆星死亡產生的黑洞壽命大約為10^66年,而一些星系中心那些超大質量黑洞(100萬—100億倍太陽質量)則可以存在10^90年以上(這是個超級大的數字),真正意義上的與天地同壽。
當然,還有一些觀點認為黑洞是通往另一個世界的入口,進入黑洞後,會從“白洞”出來,到達另一個宇宙。但“白洞”目前還僅僅是一種理論模型,尚未被任何觀測所證實。所以這種假說還是在科幻電影上看看比較好。這裡就不詳細討論了。
最後囉嗦一點,關於黑洞內的引力奇點,以目前所知的物理定律是不適用的,包括那裡的時間與空間。沒人知道黑洞內部究竟發生了什麼,我們只能從外界系統的看黑洞,可以觀測的信息是黑洞吸入物質,霍金輻射,與之對應的是黑洞的質量,事件視界面積增加,減少以致最終消失。
清明的星空
“黑洞” 我們會經常見到這個名詞。但很多朋友都不知道到底什麼是黑洞。我就用最通俗的比喻來解釋一下什麼是黑洞。(超清圖片)
其實黑洞不是黑的。不知道是什麼顏色,因為光線都會被它吸引過去。根據萬有引力定律。我們知道質量越大的物體引裡就會越大。
假如有一個物體比沙子還要小。但它的質量比太陽還要大,密度也特別高。那麼就會形成黑洞。最簡單通俗的解釋勿怪。
被黑洞吸走的東西去哪裡了?目前我們只能靠猜測,黑洞裡面到底有什麼?現在我們還只能靠推理。(因為不單是被黑洞吸走的物體)
我們現在的科技是很發達了,但面對浩大的宇宙,實在是太微不足道了。等地球上未來的人類迎來下一次或n次科技大爆炸之後或許能解開這個對他們來說微不足道,路人皆知我們卻苦苦求索的難題吧!那要多少年之後呢?反正我們這一代是不會看到了。不過時間會很短,但這是對宇宙來說。也許永遠不會有。
翡扇酒店Mir高
答:目前的物理理論,還不足以精確描述黑洞奇點的性質,所以沒有確切的答案,但是有一些猜想僅供參考。
黑洞猜想
一、落入奇點
這是目前關於黑洞的主流觀點,物質被黑洞吞噬之後,落入奇點,而奇點是當前理論下,密度發散的事物。
在奇點處,時空曲率幾近無窮大,引力無窮大,密度無窮大,體積無限小,吸入的物質被壓縮到奇點。
比較嚴謹且保守的看法是:黑洞奇點是當前已知理論無法描述的事物,在當前理論下會得到發散的結果,實質是當前理論的侷限性導致。
就如萬有引力在距離接近零時,引力無窮大,而實際上並不是,這是萬有引力的侷限性。而黑洞奇點,就是當前已知物理論侷限性的體現。
二、進入另外一個宇宙
或者說平行宇宙、其他維度的宇宙,在超弦理論中,暗示還存在蜷縮的六維空間,而黑洞奇點的時空曲率無窮大,有可能把其他維度延展開來。
比如電影《星際穿越》裡,男主庫珀進入卡岡圖雅黑洞後,就進入了四維空間,該情景是非常大膽的科學幻想,至於嚴謹的理論依據,目前並沒有!
三、蟲洞入口
猜想三:黑洞是蟲洞的入口,白洞是蟲洞的出口。
蟲洞又叫做愛因斯坦-羅森橋,因為在相對論中,空間是可以彎曲的,從而有可能形成跨時空的蟲洞,這是愛因斯坦在1930的的預言。
可惜,目前為止,關於蟲洞在科學上沒有任何發現,僅僅是一個猜想而已。
而且就算蟲洞真的存在,黑洞也不一定就是蟲洞的入口,把黑洞看成蟲洞的入口,僅僅目前某些人的腦洞大開而已,可能性不高。
理由:因為黑洞吸入的物質,會使黑洞增加同等的質量,如果黑洞是蟲洞的入口,那麼這些物質一定時間後,必定會從白洞出來,那是不是意味著黑洞質量的減少呢?
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艾伯史密斯
君山自在遊
吸走的東西,該吐出來的還是得吐出來。由於霍金輻射,黑洞會向外輻射能量,質量在一定範圍內的黑洞,正在自行蒸發消失。(不是說連光都跑不出來嗎?怎麼還能有輻射?下文有回答)
可能大部分朋友對於黑洞的印象就是一個——“只進不出”,永遠吃不飽,這個觀點在上世紀七十年代左右,還是成立的。但是到了1974年,霍金自己提出了一個理論,他認為黑洞也會向外“吐”
不過這個想法並不是霍金先想到的,在此之前,貝肯斯坦將熱力學的熵和黑洞表面積聯繫到一起。當時霍金是反對這個想法的,如果說表面積和熵有關,那麼就說明黑洞存在溫度,於是黑洞就會發出輻射,但黑洞是隻進不出的,怎麼可能會有輻射呢?
但是到了1974年,霍金考慮了量子效應之後,發現或許黑洞真的有輻射。
簡單來講,由於真空漲落的存在,黑洞附近產生的虛粒子對會受到彎曲時空的影響(也就是引力)——①可能這對粒子會被全吸進去;②或者其中一個被吸進去。
如果全吸進去,倒是沒什麼影響;重點是隻有一個被吸進去呢?由於虛粒子對被分開,兩者就不能相互湮滅,所以就得成為實粒子存在於宇宙,而唯一的可能是——虛反粒子在裡面形成是實反粒子(被黑洞吸收,減少了黑洞質量),而實正粒子存在於外部空間。
這一過程如同黑洞減少了自身質量,而向外“吐”出質量。
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賽先生科普
進入黑洞後的東西只有一個去處——黑洞奇點。
由於黑洞內時空的奇異性,黑洞裡時空互換了,“東西”會從沿空間方向落向奇點變成沿著時間方向落向奇點,這時的奇點是時間的終點。但是實際上沒有任何“東西”能真的掉進奇點裡,由於奇點附近極度的時空彎曲,沒有任何已知物質形式能夠繼續存在,“東西”將在下落中漸漸分解並最終在落入奇點前化為一縷極度彎曲的時空。
與我們以前所以為的很不相同,奇點裡實際上什麼東西都沒有,只有彎曲的時空,除了彎曲就什麼都沒有了┐(´-`)┌
圖中的奇點並不是一個物質點,而是一個彎曲時空的幾何點,由於彎曲時空裡蘊含著能量,所以其實也可理解成一個能量點。
星宇飄零2099
這個問題無疑是諸多科幻迷最感興趣的內容。拋開舊有常規觀點,有科學家提出的最新看法是:你將失去過去,並擁有無限未來,“永遠活著”。
無論克里斯托弗·諾蘭執導的科幻電影《星際穿越》,還是劉慈欣執筆的科幻小說《三體》,我們在無數作品中都或多或少地接觸過黑洞。如果有人掉進黑洞,他將永遠被吞噬?還是能夠穿越時空,前往久遠的過去或者神秘的未來?
當今大多數物理學家都會告訴你,如果掉進黑洞,你的身體會被撕成碎片。
不過,已經有學者提出了新的看法,挑戰了舊有理論。來自加利福尼亞大學伯克利分校的數學家皮特·欣茨認為,宇宙中可能存在著能夠讓人活下去的黑洞。只是,你可能會陷入奇怪的現實世界。
這些黑洞會破壞你過去的生活,並把你拋到一個充滿無限可能的未來的平行世界。
之所以會這樣,是因為另一個世界中的宇宙不會受我們的因果規律支配。
研究人員表示,這樣的結果就是,你可以“永遠活著”。
皮特是在計算一個電荷進入特定類型黑洞的結果時發現了這個問題。
在現實世界中,你的過去決定了你的未來,而這個決定論支配著物理定律。
這意味著宇宙的自然規律不允許存在超過一個可能的未來。
如果有科學家確切地知道宇宙是如何開始的,那麼在理論上,他們就可以計算出在剩下的所有時間和空間中將會發生什麼。
皮特博士發現,對於被稱為“萊斯納-諾德斯特洛姆度規(Reissner-Nordstrm-de Sitter)”的黑洞,這種決定論並不適用。
如果太空旅行者能夠冒險進入這種相對溫和的黑洞,他們有可能會倖存下來。
這會讓他們從我們的確定性世界步入一個非確定性的黑洞,從理論上講,他們可能會從另一端出來。
如果他們能夠避開黑洞內無限密集的奇點,他們可能會有幸出現在另一邊的另一個宇宙中。
接下來會發生什麼?誰也不知道。因為在非確定性的宇宙中,因果關係已經不存在了。
任何事物的一切結果都可能會同時存在。
這種奇怪的現象是愛因斯坦廣義相對論所描述的一個怪事。在過去的一個世紀裡,科學家們一直以廣義相對論為標準模型來解釋引力作用。
加拿大滑鐵盧大學物理與應用數學教授羅伯特·麥恩曾說,在物理學中,初始條件和物理定律通常應該能完全確定任何物理系統中會發生什麼事情。
“然而廣義相對論並不具備這個特徵,即使你瞭解整個宇宙中物質和能量的初始分佈,廣義相對論的方程一般也無法預測時空的整個未來。”
皮特教授研究的是一種特定類型的非旋轉黑洞,它們的視界內有一個所謂的柯西視界。
柯西視界可以說是決定論崩潰的地方,過去不再決定未來。
物理學家們認為,沒有觀察者能夠穿越柯西視界點,因為他們都會被毀滅。
有觀點認為,隨著觀察者接近柯西視界,時間會變慢,因為時鐘在強引力場中會變慢。
光、引力波以及任何其他接觸到黑洞的物體都不可避免地向柯西視界傾斜,觀察者也會向內部墜落,並最終將看到所有這些能量同時飛馳其中。
實際上,黑洞在宇宙的整個生命週期中所看到的所有能量都將同時衝擊柯西視界,並使任何接近的觀測者永久地覆滅。
不過,皮特博士在計算中發現,Reissner-Nordstrm-de Sitter黑洞可能是這種規則的一個例外。
他表示:“沒有哪個物理學家會進入黑洞去測量它,所以這是一個數學問題。但從這個角度來看,這使愛因斯坦的方程式在數學層面上更為有趣。這是一個只能從數學上研究的問題,但它具有物理的,甚至是哲學上的意義,這實在是件很酷的事情。愛因斯坦方程的一些精確解是非常平滑的,沒有紐結,一切都完美地表現在這個柯西視界之外。一旦跨越那個界限,一切就都不好說了。”
皮特博士的計算之所以成立,是因為宇宙正在以越來越快的速度擴張。
儘管時空越來越分散,但黑洞另一邊的宇宙大部分都根本不會受到影響。
能量的傳播速度無法超過光速,因此只有黑洞可觀測視界內的物質和能量才能在其整個生命週期內被吸收。
在這種情況下,宇宙的膨脹將抵消由黑洞內部時間膨脹引起的放大效應,這種放大會導致所有的事情一股腦地湧向觀察者。
對於某些情況,例如在Reissner-Nordstrm-de Sitter黑洞中,這種時空的拉伸將完全消除時間膨脹,從而使旅行者能夠毫髮無損地通過。