被黑洞吞噬了的物质去了哪里?被释放到另一个宇宙中去了吗?

程文顺


黑洞是宇宙中引力最强的天体,任何天体或者物质,只要来到黑洞附近,都会被它吸入其中,就是秒速可达30万公里的光也是如此,并且几乎永远没有再出来的可能,所以黑洞也是宇宙中最让人觉得恐怖的存在。



宇宙中的大部分黑洞都属于恒星级黑洞,它们都是由大质量恒星引力塌缩后形成的,这样的黑洞虽然个头儿都很小,并只有10公里左右,却可以轻松吃掉围绕它们运行的直径上万公里的行星,就是体积达几百几千万公里,甚至比它质量还大的恒星靠近它,它也照吃不误。


那么被黑洞吸入的物质都去了哪里呢?目前我们只能认为物质都进入到了黑洞里面,只是黑洞的引力太强了,光线都无法传出来,所以我们不知道里面到底是什么样子,也不知道物质这里面是什么状态。

黑洞吸引物质和行星和恒星级天体吸引宇宙中的物质在本质上没什么不同,我们的太阳系本就形成一片星云之中,本来由气态分子和尘埃组成,他们先是凝聚成了小行星级别的天体,哦不断的碰撞融合,形成了行星级的天体,这时天体的引力就很大了,吸引了更多的物质融合进来,就形成了恒星,太阳集合了太阳系中绝大多数的物质,在太阳系可见物质中占比达到了99.86%,直径约139万公里,在它的形成过程中,它曾经将行星、矮行星、小行星、彗星等天体都吸收过来,才有了如此巨大的体量,那么这些物质来到太阳上之后又成为了太阳的一部分,原则上就已经很难再跑到外面去了,不过由于太阳内部时刻进行着核聚变,所以有些物质可以转化成光和中微子等以能量的方式再辐射出去。



但是黑洞却不会发生这些现象,因为它的引力强到连光也不可能发出去,虽然有霍金辐射也可以向外辐射一部分物质,但是霍金辐射出去的物质量极其微小,而且并非从黑洞内部辐射出去,因为霍金辐射现象都发生在黑洞的视界边缘。


物质进入黑洞之中,会不会也像陨石降落到太阳或者地球上这样,接触到一个实质的天体表面呢?通常认为黑洞并没有实体的表面,但有些理论物理学家认为黑洞的里面有一个奇点,这个奇点才是物质最终到达的地方,就是说进入黑洞的物质最终都会汇聚到这里,但是科学家们通过数学计算发现这个奇点的体积几乎为0,因此有人将黑洞的奇点解释为密度无限大,体积无穷小,然而这个小到难以理解的点却集合了黑洞中的绝大部分物质,当物质都汇聚到黑洞中奇点时,恒星级黑洞的奇点质量至少可达3个太阳,而星系级黑洞的奇点的质量至少太阳质量的万倍以上,有的可达太阳质量的几百亿倍,很难想象体积如此小的地方可以集合这么多的物质量。


由于黑洞内部几乎是一个完全封闭的世界,里面的物质几乎不可能再逃出来,而且里面的时空和外面的宇宙完全不同,很多的物理法则也会在里面失效,因此我们或可以认为每一个黑洞的内部都是一个单独的世界,这个世界中到底是有着怎样的情况,我们甚至可能永远无法知晓。


人类的方向


黑洞现在依然是最神秘的天体,所以这个问题没有真正的答案。

但在最新的圈量子理论中,的确有物理学家提出,黑洞有可能是一个异时空通道,被黑洞吞噬的物质,终有一天会被黑洞吐出来,到那一天,黑洞将变成白洞。

图示:与黑洞相反的白洞


在爱因斯坦的广义相对论中,他指出所有天体都因其自身巨大的质量,扭曲时空。

图示:卫星围绕地球转圈,地球围绕太阳转圈,都是因为受到时空扭曲的影响,要想挣脱这种影响,就需要一定的速度,这被称为逃逸速度,当逃逸速度超过光速时,那就意味着连光子都无法从该天体的表面逃逸,这就是黑洞。


黑洞对时空的扭曲如此之高,甚至可以导致时空回到黑洞表面,这就意味着在特定范围内,连光闯入该区域都无法逃脱,有可能永远围绕着黑洞转圈。这就是黑洞名称的由来,黑洞堪称宇宙终极陷阱,毕竟真空光速就是宇宙中的最快速度。因此,许多物理学家相信,黑洞周围的的确确被一圈光围绕着,这就是想象中的黑洞光球层。

图示:左围绕黑洞运转的光,它们被黑洞附近扭曲的时空限制,无法离开黑洞。右图解释黑洞的光球层是如何形成的。


从远方射来的光,从黑洞附近经过时,受到黑洞附近时空扭曲的影响,其行进路线也程度不同地被扭曲,在距离恰好合适的地方经过,那么光就会像围绕地球运动的卫星一样,围绕着黑洞转圈。当你掉入到光开始转圈的范围中时,那么你将看到自己的后脑勺,到那一刻,你就知道自己再也无法逃脱了。


黑洞的量子力学悖论

图示:左图,坠入黑洞的物质将最终坠入黑洞的中心奇点,但黑洞真的有一个奇点吗?


但当前的最大问题是,对黑洞的研究发现,黑洞和量子力学之间存在严重冲突。因为,在传统理论中,所有坠入黑洞的物质将塌缩到一个奇点中,所谓奇点就是一个无限小的一个点,但首先无限小这样的东西在量子力学中是并不存在的。黑洞不仅是一个宏观天体现象,同时它又必然涉及到量子世界,因为黑洞的中心点不可能是某种宏观物体,只能是量子世界中的某种存在。所以,黑洞必须同时满足宏观和微观世界的物理学规则。随着黑洞越来越可能是一种真实存在于宇宙中的天体,而不仅仅是一个推测一种假设之后,这个问题就变得越来越重要了。


除了无限小悖论之外,量子力学还有一个最基本的原则,那就是信息永远不会被破坏,这个原则非常重要,因为它涉及宇宙中事件发生的因果律和能量守恒。可黑洞的奇点显然将破坏一切,进入黑洞的信息将被黑洞的奇点彻底摧毁。这个难题被称为黑洞信息悖论。


所以,必须想办法解决。


不同的物理学家提出了不同的解决方案。

其中之一,就是圈量子引力提出的黑洞变白洞方案。

在圈量子引力中,首先不存在无限小的奇点这种奇怪的东西,它武断地规定,物质的最小体积只能是普朗克体积,即10^-99立方厘米。


在这个基础上,最近,鲁道夫·甘比尼和豪尔赫·普林发表在《物理评论快报》上的最新文章指出,黑洞似乎可以成为通往未来的一个奇特的时空隧道。意思是被黑洞吞噬的物质,其实在沿着一条时空隧道前进,然后被喷出,由于黑洞巨大引力导致的时间减速效应,对于这些物质而言的一瞬间,外界的宇宙可能已经经过数百万千万亿年,到那时它们会从黑洞中喷涌而出,而黑洞也就此转变成所谓的白洞。


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三思逍遥


由于光无法逃离黑洞,我们无法知晓被事件视界(黑洞表面)隔开的黑洞内部是怎样的。也正因为如此,虽然广义相对论早就预言黑洞的存在,但至今我们还没能直接观测到黑洞,间接的证据倒有不少。

根据广义相对论,黑洞不像行星、恒星这样的天体具有实体,它们是由事件视界包裹的空荡荡空间,其中心是一个体积无限小但密度无限大的奇点,黑洞的质量都在那里。由于强烈的引力坍缩效益,当时组成物质的所有原子甚至中子都被无限压缩,所以奇点中的物质完全不同于我们通常所说的物质。对于黑洞,只有质量、角动量以及电荷这三个物理量可以被观测到。

从现有的理论来看,当物质被黑洞吞噬时,它们会被黑洞强大的引力撕碎,它们自身所具有的物理信息都会被抹去。碎片将会穿过黑洞内部的空无空间,并最终掉进奇点之中,使得黑洞的质量变大,这也会增加事件视界与奇点的距离。

广义相对论还预言,宇宙中存在一种与可以吞噬一切物质的黑洞恰好相反的天体——白洞。任何物体都无法靠近白洞,这种天体一直会向宇宙中喷发出物质和能量,其来源可能正是黑洞。

爱因斯坦当年在研究广义相对论的引力场方程时发现,黑洞和虫洞的奇点可能会通过虫洞连接在一起。那些被黑洞吞噬的物质经由奇点被转移到位于宇宙另一端的白洞中,然后被白洞喷发到宇宙中。

当然,这一切还只是猜测。目前对黑洞的研究尚处于起步阶段,并且天文学家也没有在宇宙中发现白洞存在的有力证据。


火星一号


这个目前很难给出一个确切的答案,因为目前我们对黑洞所了解到的很多都只是停留在理论上,并没有经过实验验证。至于多元宇宙理论目前也只是猜想。

黑洞是宇宙中引力最强的天体,目前科学家所观察到的都是大质量黑洞,而且几乎所有星系中心都有存在一个超大质量的黑洞。按照恒星的演化理论,当一颗恒星的质量是太阳质量的7倍以上时,其在生命的后期,会以超新星爆发的形式形成黑洞。科学家们还猜测,宇宙中有部分黑洞诞生于宇宙大爆炸初期,被称之为原生黑洞,不过目前我们并没有办法区分。

按照科学家的理论,黑洞的中心是一个奇点,黑洞的体积几乎为零,那么密度就会趋于无限大。通常我们衡量一个黑洞的大小是以质量为标准的。黑洞能够吞噬一切包括光,即使质量比黑洞大的天体也能够被黑洞所吞噬。


进入黑洞视界范围内的物质都会被吞噬,至于这些物质去了哪儿,会不会到另一个宇宙,目前不得而知。有科学家猜想存在一种被称之为“白洞”的天体,黑洞吞噬物质,而白洞则向外喷吐物质。所谓的视界又可以称之为黑洞的边界,质量越大的恒星其视界半径越大。

根据霍金的理论,黑洞在吞噬物质的时候也会向外界辐射少量粒子,这被称之为霍金辐射。黑洞会因为霍金辐射质量逐渐变小,但这也是理论假设。


如果黑洞吞噬的物质到了另一个宇宙,那么黑洞的质量肯定就会降低,这与现有的天文观测不符。事实上,科学家们发现的超大质量黑洞,都是从小黑洞逐渐增长起来的。由此可见,黑洞所吞噬的物质还存在于视界范围以内,也就是说还在我们这个宇宙中。

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科学探索菌


被黑洞吞噬的物质,或被黑洞极高的温度烧成了灰烬,或被黑洞巨大的引力压碎成基本粒子,物质之间的间隙全部被压实,这些物质变成的基本粒子,成为了黑洞的一部分。当黑洞中向外的膨胀力超过了黑洞引力的时候,黑洞会向与自身垂直的方向,喷出一些物质和能量。 被黑洞吞噬的物质,不可能被释放去另一个宇宙,因为要将这些物质释放到另一个宇宙,必须有一条通道才能去,如果存在这样的通道就会被物理学家观测到,即使这条通道是隐形的也应该存在一定的引力透镜效应,可是迄今为止,科学家没有发现任何通往另一个宇宙的通道。 包括一些宇宙学家在内的天文爱好者猜测的,连接黑洞与另一个宇宙的虫洞也是不可能存在的。如果真的有这样的虫洞,为什么用目前最先进的天文望远镜都观察不到?每一个宇宙天体都主动或被动地,处在不停地运动状态之中,有部分天体的运行还处于流浪状态,如果真的有这样的虫洞,就算凭人类现有科技水平还发现不了,长度用天文数字都很难计算的虫洞,也必会被无以计数的,高速运动的天体撞断、扯碎。 所以,被黑洞吞噬的物质,是不可能被释放去另一个宇宙的。




逻辑推敲


被黑洞吞噬了的物质去了哪里?被释放到另一个宇宙中去了吗?

黑洞是一种极其吝啬的一种天体,从一般意义上来理解它只吞不吐!当然霍金认为它存在辐射而将这种辐射命名为“霍金辐射”!当然我们也无法获得实地观测的证据,就假定它有辐射吧,那么也不知道要辐射到猴年马月才能释放完!但有很多朋友却认为它是一个通道,另一端是一个白洞或者是另一个宇宙.....那么是这样吗?

假定黑洞是虫洞的入口,理论上我们应该无法观测到无限增加质量的黑洞,因为它只是一条隧道,假如所有的车辆都堵在隧道里,那么隧道就报废了!但现实情况就是黑洞的质量越来越大,堵在里面的物质越来越多,难道是黑洞隧道建造的时候没有考虑到流量?那是不是现在赶紧扩建一下?

假定黑洞的另一端是白洞 那就更好玩了,这似乎会有两种情况,一是黑洞质量同样不会无限增加,二是另一头的白洞不断堆积物质超过奥本海默极限(3.2倍太阳质量)后将重新坍缩成黑洞?那这个黑洞的白洞又是哪一端口呢?似乎又将成为蛋和鸡的问题!

假若黑洞通向另一个空间,其实黑洞还真的是通向另一个空间的,而且还是我们所熟悉的黑洞内部空间,时间和空间都极度扭曲到了奇点的世界,当这和我们想象中的宇宙不一样,它是独立我们宇宙中存在的一个BUG,一个物理定律都失效的区域,我们不知道如何形容这样的地方,但至少我们可以不去!

回到开头,黑洞就是我们宇宙中一个普通天体,它哪都没去,也没通到哪去,但确实是宇宙中不可磨灭的存在,没有天体拿它有办法,无论它在哪个阶段,只要是恒星型黑洞它就有机会长成巨无霸,而且很简单,因为它不挑食!


星辰大海路上的种花家



黑洞是爱因斯坦在广义相对论中预测的一种天体,形成原因其实就是因为质量太大导致引力太大从而逃逸速度超过了光速,因此光无法飞出黑洞的引力范围,黑洞也就成了黑洞。

计算表明3.2倍太阳质量以上的恒星在生命末期会因为引力的原因不断向内坍缩,最后变成一个引力极大的球状黑洞,其实任何物质只要质量足够就都能变成黑洞,而黑洞会吸收史瓦西半径之内的所有物质,因此黑洞也被称为宇宙马桶。


但是黑洞吸收的物质其实并没有消失,在我们的宇宙中物质总量是保持不变的,被黑洞吞噬的天体只是内黑洞的引力撕碎成基本粒子然后向着黑洞奇点跌落了而已,这些基本粒子的质量之和仍然是天体的质量,黑洞在吞噬完毕之后自身的质量也会增加,并且黑洞周围的量子涨落也会让黑洞的质量不断减少,最后整个黑洞蒸发在宇宙中。

基本粒子就是我们宇宙的积木,我们能看到的物质都是基本粒子组成的,黑洞只不过是把物质撕碎变成基本粒子然后吞噬而已,物质本身并没有消失,也并没有被释放到另一个宇宙之中。

目前没有证据表明在我们的宇宙之外还有其他宇宙,平行宇宙和多重宇宙目前还只是一个概念一个猜想。


宇宙探索未解之迷


黑洞是广义相对论研究的特殊天体,这种天体非常致密,远超了常规物质的组成。理论上任何物质只要被压缩到史瓦西半径之内就会变成黑洞,主要是把光速作为逃逸速度来计算。

而宇宙中存在的黑洞目前已知来源就是超大质量恒星(至少3.2倍太阳质量)在自身引力塌陷作用下内部发生核聚变,待核聚变完成后无能量抵抗外部压缩力。最终经超新星爆炸抛掉多余物质,形成黑洞。

理论上来讲进入黑洞的任何物质、信息永远都不会在宇宙中出现了,当然霍金生前曾提出霍金辐射的理论,认为黑洞也在损失质能。但是跟自身质量相比微不足道,所以黑洞的寿命都很长。

关于黑洞“只进不出”的性质,科学家曾提出一种假说-白洞。这种特殊的天体被用来解释宇宙中的高能天体现象,白洞的性质是“只出不进”,很可能黑洞的另一端连接着白洞,但目前只是一种猜想。

而关于另外一个宇宙的说法也仅仅是一种猜想,有科学家曾根据量子力学提出过平行宇宙的假说。至于真正的结果是什么只能等理论的发展了。


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科学黑洞


首先黑洞是个星体,只是质量及密度很大,大到其引力可以弯曲周围的时空,一定范围内连光都无法逃脱。

接下来再说掉进黑洞的物质。用一个不恰当的比喻,就好像东西掉进了赤红的铁水里,东西已经不是掉进去前的那个东西了。所以掉进黑洞的物质也一样,被巨大的高温高压降解了,大概都是以量子级别存在了。

黑洞也向外界吐“东西”,毕竟它也不能总是在吃。当然吐出来的不是物质,而是霍金辐射,也称黑洞辐射。当黑洞吃进去的能量小于它释放出的霍金辐射时,黑洞最终会蒸发。





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首先,黑洞是什么?它也是一种天体,甚至可以说是恒星的一个种类,是恒星耗尽死亡后的产物,是恒星的“坟墓”!

黑洞一个最突出的特点就是拥有极大的引力,任何事物一旦越过事件视界,就再也出不来了,理论上会成为黑洞的一部分!

但是黑洞内部究竟是什么状态?目前科学家并不知道,因为我们人类所有的物理定律和大自然到底都不适用,一旦越过事件视界就会失效!

纯理论分析,黑洞内部还会是某种物质。我们都知道中子星是由中子组成的,密度和引力也很大,而黑洞的密度和引力比中子星更大,也就是说把中子星继续压缩到一定程度就成为黑洞!

由于黑洞质量密度巨大,对周围时空的影响更大,甚至能把时空结构拉伸压缩到极致,所以有些科学家就大胆预测,黑洞或许能创造出一个时空回路,也就是虫洞,虫洞另一端通向另一个时空,另一个世界,所谓的宇宙!

当然,目前关于穿越黑洞的理论也都只是猜想和假设,最简单也最直接的结果就是掉入黑洞就会死亡,成为黑洞的一部分,这与掉进太阳并没有本质区别,但黑洞并非一般天体,也许通过黑洞人类真的能通向一个未知世界!


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